納米Ni基-Ni-Ti-O納米管陣列復合電極的制備及其電催化性能研究.pdf

1、直接甲醇燃料電池（DMFC）具有運行使用溫度低、比能量密度高、燃料來源豐富、環(huán)境友好等優(yōu)點，但由于現(xiàn)有的Pt基催化材料成本高，易CO中毒等原因，限制了其商業(yè)推廣。為解決這一問題，本研究從催化劑載體材料，Ni基催化電極的制備兩方面提升催化劑的催化性能，旨在研發(fā)出催化性能優(yōu)異、循環(huán)穩(wěn)定性好、制備方法簡單、成本低廉的DMFC陽極催化材料。
　　本論文選取Ni-Ti-O納米管陣列(Ni-Ti-O NTs)為載體材料。將Ni-Ti合金在乙二

2、醇/丙三醇體系中陽極氧化處理后，在氫氣氣氛中500?C還原退火處理2h，制備出Ni-Ti-O NTs。采用SEM，XRD和XPS表征試樣的微觀形貌、物相和表面元素價態(tài)。并用循環(huán)伏安法和交流阻抗法來測試試樣在堿性介質中對甲醇氧化的電催化性能。還原退火處理可以使陽極氧化后產生的Ni3+還原成Ni2+，增加氧空位濃度，并提高材料的缺陷濃度，優(yōu)化了Ni-Ti-O NTs的催化性能。載體的氧化峰電流密度為8.52mA·cm-2，較未還原處理試樣提

3、高了近7倍，并有優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性能。Ni-Ti-O NTs是有前景的DMFC的陽極電極候選載體材料。
　　采用簡單的溶鹽浸漬法，將Ni(OH)2納米顆粒負載在Ni-Ti-O NTs上制備Ni(OH)2/Ni-Ti-O NTs復合電極。研究了不同浸漬時間、浸漬溫度、Ni源濃度、溶劑等工藝參數對電極微觀形貌和電催化氧化性能的影響。結果表明：隨著浸漬時間的延長，Ni源濃度的增加和浸漬溫度的升高，電極上負載的催化納米顆粒尺寸逐漸增大，氧化

4、峰電流密度先增后降。溶劑的極性會影響納米顆粒的形貌。在25℃時，將Ni-Ti-O NTs依次浸漬在0.2M NiCl2·6H2O乙醇溶液和0.2M NH4OH乙醇溶液中各12h后，可得到電催化性能良好的納米Ni(OH)2/Ni-Ti-O NTs電極，氧化峰電流達到38.41mA·cm-2。經1000次循環(huán)后，電極峰電流密度為原來的75％，表明納米Ni(OH)2/Ni-Ti-O NTs電極具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性。
　　通過循環(huán)伏安電沉

5、積法，將納米Ni-B非晶顆粒負載在Ni-Ti-O NTs上制備Ni-B/Ni-Ti-O NTs復合電極。研究了電解液組分，掃描速率，循環(huán)沉積次數等工藝參數對電極微觀形貌和催化活性的影響。結果表明：隨著電解液中B含量的增加，循環(huán)沉積次數的增長和循環(huán)掃描速率的加快，電極表面形貌發(fā)生變化，氧化峰電流密度先增后降。以20mV·s-1的循環(huán)掃描速率在0.2～0.8V內掃描200個循環(huán)制備出的Ni-B/Ni-Ti-O NTs電極對甲醇有良好的催化性