碳負(fù)載鎳金屬催化劑的制備及乙醇氧化性能研究.pdf

1、直接乙醇燃料電池(DEFC)由于其燃料使用安全、來(lái)源豐富、價(jià)格低廉、易攜帶和儲(chǔ)存等獨(dú)特的優(yōu)越性，越來(lái)越引起研究者的關(guān)注，高效低成本催化劑的開(kāi)發(fā)是直接乙醇燃料電池商業(yè)化必須要解決的問(wèn)題之一。本論文主要采用非貴金屬制備了氮摻雜碳負(fù)載鎳金屬催化劑，系統(tǒng)研究了不同碳源、鎳源、原料配比、氮摻雜的情況下對(duì)催化劑性能的影響，設(shè)計(jì)了具有形貌和尺寸可控的碳載鎳納米材料，并考察了所制備材料對(duì)乙醇的電催化性能。
　　1.通過(guò)一步合成法制備了氮摻雜碳包覆

2、納米鎳(NiNC)顆粒催化劑（葡萄糖為碳源，乙酸鎳為鎳源，尿素為氮源）。鎳納米粒子的大小可以通過(guò)調(diào)節(jié)原材料的質(zhì)量比來(lái)調(diào)控。葡萄糖熱處理后變?yōu)槎嗫谆钚蕴?。添加尿素產(chǎn)生了豐富的氮官能團(tuán)。在制備的所有的催化劑中，NiNC-4催化劑鎳顆粒平均尺寸最小(2.02nm)，BET比表面積最大(400.7 m2 g-1)以及含氮總量(7.21 at％)最多。多孔碳結(jié)構(gòu)，小的鎳納米尺寸和豐富的官能團(tuán)使NiNC-4催化劑具有良好的電催化性能。在0.1 mo

3、l L-1 NaOH+1 mol L-1 C2H5OH溶液中，NiNC-4催化劑的峰電流密度高達(dá)327 mA cm-2，并且表現(xiàn)出良好的長(zhǎng)期循環(huán)穩(wěn)定性，循環(huán)500圈以后，峰電流密度仍然能保持89％。然后移入新的電解液重復(fù)測(cè)試，峰電流密度還能達(dá)到初始電流密度的96.8％。NiNC-4催化劑優(yōu)良的電催化性能，來(lái)源于多孔碳包覆，豐富的含氮基團(tuán)和小尺寸鎳納米粒子的協(xié)同作用。
　　2.通過(guò)一步合成法制備了尺寸可控的鎳納米棒（蔗糖為碳源，氯化

4、鎳為鎳源，尿素為氮源）。討論了不同鎳前驅(qū)體和不同碳源對(duì)納米鎳的微觀形貌影響，表明蔗糖和氯離子是形成鎳納米棒的關(guān)鍵因素。鎳納米棒的大小可以通過(guò)反應(yīng)物的比例來(lái)控制，并且氮摻雜可以提高乙醇電催化氧化性能。在制備的催化劑中，NiNC'-3催化劑性能最好。相比于NiNC'-1催化劑，NiNC'-3催化劑的電流密度（47.5 mA cm-2）和應(yīng)速率常數(shù)分別是它的5倍和16倍。此外，循環(huán)1500圈以后，NiNC'-3催化劑的電流密度仍能保持80.7