NI-B非晶態(tài)合金納米粒子的制備及電催化性能.pdf

1、直接甲醇燃料電池(DMFC)以其高能源效率和環(huán)境友好的優(yōu)點(diǎn)，在迫切需求清潔能源的今天，成為了一個(gè)很有吸引力的選擇。為了提高DMFC的性能，高活性的電催化劑顯得十分重要。隨著自然資源的逐漸枯竭，尤其是罕見(jiàn)的金屬如鉑、鈀等，研究開(kāi)發(fā)高效、廉價(jià)的催化劑已經(jīng)成為了這一領(lǐng)域的焦點(diǎn)。
　　非晶態(tài)材料具有短程無(wú)序，長(zhǎng)程有序的特殊結(jié)構(gòu)，其高濃度的配位不飽和位點(diǎn)導(dǎo)致其優(yōu)良的催化活性與選擇性，可以很容易的進(jìn)行反應(yīng)。納米材料具有大的比表面積，高表面活性

2、中心密度與表面能，將非晶態(tài)與納米結(jié)合在一起，可以導(dǎo)致更高的電化學(xué)容量和更強(qiáng)的電化學(xué)活性，可以作為提高催化劑電催化活性的有效手段。
　　在這篇論文中，通過(guò)化學(xué)還原法合成了不同Ni/B原子比的非晶態(tài)Ni-B合金納米顆粒，采用HRTEM、SAED、XRD、DSC、XPS等手段對(duì)其進(jìn)行表征。采用循環(huán)伏安法對(duì)非晶態(tài)合金納米粒子的電化學(xué)性能進(jìn)行測(cè)試。
　　物理表征結(jié)果表明:經(jīng)過(guò)XRD檢測(cè)，Ni-B合金未發(fā)現(xiàn)晶態(tài)金屬的特征峰，通過(guò)SAED

3、和HRTEM可以確定合金具有非晶態(tài)的長(zhǎng)程無(wú)序、短程有序的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，觀察到制備的非晶態(tài)Ni-B合金納米粒子為球形或者類(lèi)球形，平均粒徑為4～7納米，團(tuán)聚現(xiàn)象不明顯。DSC的測(cè)試結(jié)果表明，非晶態(tài)Ni-B合金納米顆粒最早在342.8℃處出現(xiàn)放熱峰，隨著Ni-B合金中B原子比例的增加，合金的放熱峰的峰溫先增大后減小，其中Ni1B4開(kāi)始晶化的溫度最高，說(shuō)明其非晶態(tài)結(jié)構(gòu)較其他催化劑有更好的熱穩(wěn)定性，較難晶化為金屬Ni與B元素。XPS分析的結(jié)果表明，非

4、晶態(tài)Ni-B合金中，B失去部分電子，而Ni則富余電子，Ni-B之間具有電子效應(yīng)。顆粒表面Ni原子濃度隨合金中B比例的增大先減小后增大，其中，Ni1B3的濃度最小。而氧化態(tài)鎳的原子濃度也隨合金中B比例的增加變化不明顯。隨反應(yīng)物中Ni濃度的增加，氧化態(tài)Ni的濃度逐漸減小，而Ni原子的濃度則逐漸增大。
　　應(yīng)用循環(huán)伏安法首次研究了堿性介質(zhì)中非晶態(tài)Ni-B合金納米顆粒對(duì)甲醇的電催化反應(yīng)。結(jié)果表明，非晶態(tài)Ni-B合金納米顆粒對(duì)甲醇有著較高的

5、電催化氧化活性。對(duì)Ni-B非晶態(tài)合金納米合金的對(duì)不同甲醇濃度的NaOH溶液中循環(huán)伏安曲線的分析，發(fā)現(xiàn)隨甲醇濃度愈大，氧化峰電流密度也隨之越大。隨著非晶態(tài)合金中B含量的增加，其電催化氧化甲醇的能力先減弱后增強(qiáng)，其中，Ni1B4的氧化能力最弱。隨反應(yīng)物中Ni濃度的增加，非晶態(tài)Ni1B2納米合金的電催化甲醇的性能逐漸增加。通過(guò)對(duì)催化劑進(jìn)行50次掃描，非晶態(tài)合金的峰電流密度下降比例為26.8％。對(duì)比非晶態(tài)Ni1B4與晶態(tài)Ni1B4對(duì)甲醇的電催化