近期,中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院固體物理研究所液相環(huán)境激光制備與加工實驗室在純單質(zhì)鎳/石墨烯復(fù)合材料的制備及其甲醇氧化電催化研究中取得新進展。
納米鎳基催化劑因其高的催化活性和低成本而被研究者們廣泛認(rèn)識,并已成為重要的非鉑基催化劑。通過降低鎳基催化劑的尺寸來增加鎳的利用率,是提高鎳基催化劑效率的常用方法。然而,納米顆粒尺寸的減小總是不可避免地伴隨著顆粒團聚和二次生長。獲得具有大量暴露活性位點且不團聚生長的超細(xì)鎳單質(zhì)納米晶,是提高鎳基催化劑效率的有效途徑。
該研究以液相激光熔蝕法為技術(shù)手段,利用Ni膠體納米顆粒(帶正電荷)與氧化石墨烯(GO,帶負(fù)電荷)的靜電作用首先得到高活性的NiOx負(fù)載納米復(fù)合材料,并在水合肼溶液中還原生成單質(zhì)鎳。NiOx被水合肼還原不斷產(chǎn)生N2,為生成的單質(zhì)鎳創(chuàng)造了無氧環(huán)境,并最終獲得高度分散、超小尺寸的純單質(zhì)鎳(2.3±0.4nm)負(fù)載的石墨烯納米復(fù)合材料。其中,單質(zhì)鎳的超小尺寸為其催化性能的提升提供了大量的活性位點,石墨烯的存在極大限制了其在催化過程中的再生長和聚集。實驗表明,該材料在甲醇氧化電催化應(yīng)用中展現(xiàn)出了超高的質(zhì)量比活性(1600mA/mg)和優(yōu)良的穩(wěn)定性,循環(huán)1000次后,單質(zhì)鎳依舊保持原來的尺寸和形貌,沒有發(fā)生聚集和二次生長。
該研究利用液相激光熔蝕技術(shù)獲得超小納米晶的優(yōu)勢,制備出了純單質(zhì)鎳負(fù)載的石墨烯復(fù)合材料,并展現(xiàn)出優(yōu)良的甲醇氧化電催化性能,為設(shè)計合成其它具有高電化學(xué)活性和穩(wěn)定性的非鉑催化劑納米晶提供了新的思路和策略。
相關(guān)研究成果發(fā)表在Chemical Communications上。該研究得到了國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃、國家自然科學(xué)基金、中科院科研裝備研制項目和安徽省自然科學(xué)基金的資助。
圖1.(a),Ni/rGO的合成示意圖;(b)、(c),Ni/rGO的低倍和高分辨透射圖片。
圖2.(a),Ni/rGO分別在1M KOH和1M CH3OH+KOH溶液中的循環(huán)伏安圖;(b),Ni/rGO分別在1-6M CH3OH+KOH溶液中的循環(huán)伏安圖;(c),Ni/rGO和商用Pt/C催化劑在不同循環(huán)次數(shù)下的質(zhì)量活性對比。
文章來源:http://www.chinacompositesexpo.com/cn/news-detail-288-6325.html
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