近期，中科院固體所液相激光加工與制備實驗室在液相激光輻照制備硫、氮共摻碳納米管負載氧化鎳電催化劑（NiO／S，N－CNTs）研究方面取得進展，并對其甲醇氧化電催化性能進行了探究。
甲醇是一種重要的能量載體，常溫常壓條件下為液態(tài)，具有運輸和存儲方便、燃燒效率高、潔凈環(huán)保等優(yōu)點。發(fā)展以甲醇水溶液或蒸汽甲醇為燃料的直接甲醇燃料電池（PEMFC），是繼水力、火力、原子能發(fā)電方式之后的“第四種發(fā)電方式”，也是解決環(huán)境與能源危機的有效途徑之一。
當前，電化學催化甲醇氧化主要采用鉑基貴金屬納米材料作為催化劑，催化劑的制備成本高昂。因此開發(fā)廉價的非貴金屬基甲醇氧化催化劑，解決其催化活性低和穩(wěn)定性差的普遍性難題，對推動PEMFC研究的發(fā)展具有重要的研究價值和科學意義。
近年來，研究人員在基于納米材料結構與缺陷工程來提高PEMFC催化活性方面開展了大量富有成效的研究工作，均極大地提高了非貴金屬基催化劑的甲醇氧化催化活性。然而，在甲醇氧化反應中，面對苛刻的電解液環(huán)境，高活性納米催化劑材料很容易因為發(fā)生表面結構重構、聚集生長或者中間態(tài)物種吸附而導致失活。因此，兼顧甲醇氧化催化劑的催化活性和穩(wěn)定性是十分必要的。
基于此，固體所液相激光加工與制備實驗室從催化劑載體設計的角度出發(fā)，提出以S、N元素摻雜碳納米管為支撐載體，錨定小尺寸NiO納米顆粒，以提升其甲醇氧化催化活性和穩(wěn)定性。
研究人員通過液相環(huán)境下脈沖激光輻照的方法制備高濃度S、N元素摻雜的NiO納米顆粒原位負載碳納米管（NiO／S，N－CNTs）。在激光輻照過程中，S、N元素的摻雜能夠為NiO的成核生長提供更多的附著位點，加速了激光誘導碳納米管表面局域高溫區(qū)域Ni2＋離子反應前驅體的消耗速度，降低了負載NiO納米顆粒的尺寸；此外，由于S、N元素的摻雜，碳納米管對NiO納米顆粒的錨定作用得到顯著增強，使得兩者間的接觸電阻減小，促進了界面電子傳輸，對其電化學活性有提升作用。堿性條件下的電化學測試結果表明，NiO／S，N－CNTs具有良好的甲醇氧化催化性能，其初始甲醇氧化質量比活性為2200mA／mg。連續(xù)測試40000秒后，其質量比活性保持率為65.8％，展現了良好的循環(huán)穩(wěn)定性，甲醇飽和濃度可提升至13M。
該研究工作為基于液相激光制備與加工技術實現碳納米管摻雜，開發(fā)低成本、高效的非貴金屬基甲醇氧化催化劑提供了新的思路。相關結果以全文的形式發(fā)表在Carbon雜志上。
甲醇是一種重要的能量載體，常溫常壓條件下為液態(tài)，具有運輸和存儲方便、燃燒效率高、潔凈環(huán)保等優(yōu)點。發(fā)展以甲醇水溶液或蒸汽甲醇為燃料的直接甲醇燃料電池（PEMFC），是繼水力、火力、原子能發(fā)電方式之后的“第四種發(fā)電方式”，也是解決環(huán)境與能源危機的有效途徑之一。
當前，電化學催化甲醇氧化主要采用鉑基貴金屬納米材料作為催化劑，催化劑的制備成本高昂。因此開發(fā)廉價的非貴金屬基甲醇氧化催化劑，解決其催化活性低和穩(wěn)定性差的普遍性難題，對推動PEMFC研究的發(fā)展具有重要的研究價值和科學意義。
近年來，研究人員在基于納米材料結構與缺陷工程來提高PEMFC催化活性方面開展了大量富有成效的研究工作，均極大地提高了非貴金屬基催化劑的甲醇氧化催化活性。然而，在甲醇氧化反應中，面對苛刻的電解液環(huán)境，高活性納米催化劑材料很容易因為發(fā)生表面結構重構、聚集生長或者中間態(tài)物種吸附而導致失活。因此，兼顧甲醇氧化催化劑的催化活性和穩(wěn)定性是十分必要的。
基于此，固體所液相激光加工與制備實驗室從催化劑載體設計的角度出發(fā)，提出以S、N元素摻雜碳納米管為支撐載體，錨定小尺寸NiO納米顆粒，以提升其甲醇氧化催化活性和穩(wěn)定性。
研究人員通過液相環(huán)境下脈沖激光輻照的方法制備高濃度S、N元素摻雜的NiO納米顆粒原位負載碳納米管（NiO／S，N－CNTs）。在激光輻照過程中，S、N元素的摻雜能夠為NiO的成核生長提供更多的附著位點，加速了激光誘導碳納米管表面局域高溫區(qū)域Ni2＋離子反應前驅體的消耗速度，降低了負載NiO納米顆粒的尺寸；此外，由于S、N元素的摻雜，碳納米管對NiO納米顆粒的錨定作用得到顯著增強，使得兩者間的接觸電阻減小，促進了界面電子傳輸，對其電化學活性有提升作用。堿性條件下的電化學測試結果表明，NiO／S，N－CNTs具有良好的甲醇氧化催化性能，其初始甲醇氧化質量比活性為2200mA／mg。連續(xù)測試40000秒后，其質量比活性保持率為65.8％，展現了良好的循環(huán)穩(wěn)定性，甲醇飽和濃度可提升至13M。
該研究工作為基于液相激光制備與加工技術實現碳納米管摻雜，開發(fā)低成本、高效的非貴金屬基甲醇氧化催化劑提供了新的思路。相關結果以全文的形式發(fā)表在Carbon雜志上。
轉載請注明出處。
相關文章
熱門資訊
精彩導讀
關注我們
