發(fā)布時(shí)間：2022-01-20 18:31

　　以原位蒸發(fā)造孔工藝制備的三維多孔碳材料（PCMs）為載體,通過(guò)水熱法制備負(fù)載多元過(guò)渡金屬氧化物的復(fù)合電催化材料Co₂NiO₄/PCMs和Ni-MnCo₂O_4.5/PCMs。SEM形貌表征顯示芒刺狀的金屬氧化物負(fù)載在PCMs上,芒刺直徑最小為（60±10）nm,由于PCMs的存在催化劑的比表面積明顯增大。復(fù)合催化劑Ni-MnCo₂O_4.5/PCMs具有優(yōu)異的氧還原性能和良好的穩(wěn)定性,氧還原反應(yīng)中極限電流密度達(dá)到-6.65 mA/cm²,電子轉(zhuǎn)移數(shù)約為3.91,在持續(xù)進(jìn)行30 000 s后電流密度仍保持在95.06%左右。低成本高性能的陰極材料制備工藝將大大加快催化材料在金屬空氣電池中的有效應(yīng)用。 

【文章來(lái)源】：功能材料. 2020,51(08)北大核心CSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：7 頁(yè)

【部分圖文】：

樣品的XRD圖譜:PCMs、Co3O4/PCMs和Co2NiO4/PCMs(0.15)

研究發(fā)現(xiàn)改變鎳源的添加量Co2NiO4/PCMs的ORR性能會(huì)發(fā)生明顯的變化。圖3(a)為催化劑CV曲線,曲線顯示不同催化材料在-0.26～0.19 V的范圍內(nèi)均存在明顯的氧還原峰,這表明催化劑均具有顯著的氧還原活性。特別是Co2NiO4/PCMs (0.15)具有最正的氧還原電位(-0.19 V),這證明此樣品具有較好的氧還原活性。圖3(b)為PCMs負(fù)載的Co3O4和Co2NiO4催化劑在1 600 r/min條件下的LSV曲線,掃描率為10 mV/s。各樣品的ORR性能參數(shù)如圖3(c)所示,適量增加鎳源可提高Co3O4的催化性能,Co2NiO4(0.15)具有最佳的ORR性能,極限電流密度和E0分別為-5.58 mA·cm-2和-0.11 V,且該催化劑與Pt/C(20%質(zhì)量分?jǐn)?shù))的E1/2僅差約為54 mV。隨著鎳源的增加,Co2NiO4/PCMs的極限電流密度逐漸減小。一方面這與金屬氧化物芒刺的尺寸大小和復(fù)合催化劑的比表面積有關(guān),芒刺的尺寸越小,比表面積越高催化劑表面暴露的活性位點(diǎn)就越多,使更多的O2被吸附在活性位點(diǎn)上隨后O-O鍵斷裂被還原,從而提高了催化劑的催化性能;另一方面,將鎳源添加到四氧化三鈷中會(huì)使催化材料產(chǎn)生更多氧還原活性位點(diǎn)(Ni2+)和氧空位,而適量的氧空位有利于提高催化劑的活性,從而提高催化劑的ORR性能。在堿性條件下,Co2+和Ni2+分別被電化學(xué)氧化為Co3+和Ni3+,而Co3+在較高電勢(shì)下進(jìn)一步被氧化為Co4+,同時(shí)使O2被還原。圖3 催化劑的CV曲線(a),LSV曲線(b),ORR性能參數(shù)(c)

除了ORR活性外,催化劑長(zhǎng)期穩(wěn)定性也是評(píng)估其實(shí)用性的關(guān)鍵參數(shù)之一。圖6為催化劑Ni-MnCo2O4.5/PCMs和Pt/C(20%質(zhì)量分?jǐn)?shù))的穩(wěn)定性測(cè)試,在持續(xù)運(yùn)行30 000 s之后的電流密度仍保持在初始電流密度的95.06%左右,而Pt/C(20%質(zhì)量分?jǐn)?shù))的電流密度的保留率僅為49.02%,表明在堿性溶液中催化劑Ni-MnCo2O4.5/PCMs表現(xiàn)出比商用Pt/C(20%質(zhì)量分?jǐn)?shù))出色的催化穩(wěn)定性。3 結(jié) 論

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]生物質(zhì)碳材料及其研究進(jìn)展[J]. 盧清杰,周仕強(qiáng),陳明鵬,張瑾,柳清菊.  功能材料. 2019(06)
[2]金屬-空氣電池陰極雙功能催化劑研究進(jìn)展[J]. 王亞,來(lái)慶學(xué),朱軍杰,梁彥瑜.  化學(xué)研究. 2017(01)



本文編號(hào)：3599314