氫氧化鎳對堿性介質中甲醇氧化的電催化作用.pdf

1、甲醇等有機小分子的電化學氧化是燃料電池研究中廣為涉及的課題，當前對其在鉑、鈀等貴金屬電極上的電氧化反應研究較多，但因易中毒及成本問題而受到困擾。金屬鎳及其相關化合物來源廣泛，價格便宜，且對甲醇等醇類分子的氧化具有一定的催化活性，自20世紀70年代以來，人們開展了堿性介質中用各種形式的鎳電極電催化氧化小分子醇類化合物如甲醇、乙醇的研究。 研究發(fā)現(xiàn)，在堿性介質中，大塊存在的Ni對甲醇氧化并沒有催化作用，采用電沉積法，使Ni負載在石墨

2、電極上，這時表現(xiàn)出了良好的催化活性，同時還發(fā)現(xiàn)，Ni/C電極對甲醇電氧化催化活性的大小與石墨電極上沉積的Ni的數(shù)量有關。甲醇氧化的電催化反應中，真正起催化作用的是Ni3+，因此我們直接合成出Ni(OH)2，避免了從單質Ni到Ni2+的過程。 本論文采用低熱固相反應的方法，合成出了不摻雜的純Ni(OH)2和摻雜不同元素的Ni(OH)2，采用XRD對合成的Ni(OH)2進行了分析表征，并就電極涂布物的比例的選擇，甲醇濃度、Ni(OH

3、)2晶型結構、摻雜元素的種類及含量等方面因素對堿性介質中甲醇的催化氧化的影響進行了研究。實驗結果表明： 1.通過NiSO4·6H2O和NaOH的直接低熱固相反應，合成得到不摻雜的純Ni(OH)2，XRD測試結果證實為β型Ni(OH)2：采用類似的方法，可以得到Al、Zn、Mn、Co單摻雜的Ni(OH)2，XRD測試結果表明除20％Al摻雜的為a型Ni(OH)2外，其余均為β型Ni(OH)2。 2.通過對電極涂布物不同比例

4、下的電極的可逆性進行研究，發(fā)現(xiàn)活性物質：碳粉：PTFE按55:40:5的質量比是比較合適的比例，因為在此比例下電極顯示出良好的可逆性。 3.在研究甲醇濃度的影響時發(fā)現(xiàn)，隨著甲醇濃度從0.1mol/L逐漸增加到0.5mol/L時，穩(wěn)態(tài)電流呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢，但是增大的幅度逐漸減小。因此最終選擇0.1mol/L CH3OH+1mol/L KOH溶液為電解液。 4.通過低熱固相反應法合成的Ni(OH)2，無論是何種晶型，對甲醇

5、氧化都具有催化作用。但從循環(huán)伏安實驗和計時電流的實驗數(shù)據(jù)看出，β型對甲醇的催化作用高于α型，這可能是由β型Ni(OH3)2的氧化電位低于α型引起的。 5.為了尋找合適的β型的Ni(OH)2作為甲醇氧化的催化劑，我們對合成的單摻雜不同量的Zn、Co、Mn元素的樣品進行了系統(tǒng)的循環(huán)伏安、計時電流實驗，經過分析比較發(fā)現(xiàn)：它們與不摻雜的Ni(OH)2電極比較，催化性能有一定的改善；摻Zn15％、摻Co5％、摻Mn10％是各自摻雜元素中性