磷摻雜碳納米管負(fù)載鎳催化劑的小分子電氧化性能研究

王 娟, 彭登超, 張 晶, 薄婷婷

(上海電力大學(xué) 環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院, 上海 200090)

近年來,具有結(jié)構(gòu)和形態(tài)創(chuàng)新的納米結(jié)構(gòu)催化劑引起了廣泛關(guān)注。在小分子電催化氧化過程中,將鉑(Pt)與其他金屬(Fe,Co,Ni,Au等)合金化,對(duì) Pt的殼層結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整來構(gòu)建高活性、高穩(wěn)定性的電催化劑成為研究的熱點(diǎn)[1-2]。通過調(diào)節(jié)Pt的電子結(jié)構(gòu),即構(gòu)建核殼結(jié)構(gòu)減少貴金屬Pt的用量,以非Pt金屬作為核,利用核的晶格參數(shù)與貴金屬的差異,調(diào)節(jié)表面Pt殼的應(yīng)力,從而改變Pt與吸附物的結(jié)合強(qiáng)度,提高催化活性;而且,中心核成分對(duì)Pt殼的表面原子層電子結(jié)構(gòu)進(jìn)行了調(diào)整,能增強(qiáng)催化劑的催化活性和耐久性。另外,調(diào)控合適的Pt殼層厚度可兼顧應(yīng)變效應(yīng)、減少Pt貴金屬用量、穩(wěn)定Pt層,以及抑制非Pt金屬的溶解。然而,這些鉑基核殼結(jié)構(gòu)的合成過程往往涉及晶種誘導(dǎo)殼層生長、離子置換等復(fù)雜反應(yīng)過程,限制了此類催化劑的大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用。鎳基催化劑作為堿性溶液中高催化活性和穩(wěn)定的非貴金屬催化劑,廣泛用于小分子電催化氧化領(lǐng)域[3-5]。一般認(rèn)為,鎳基催化劑中鎳(Ni)的氧化還原電對(duì)(Ni2+/Ni3+)與未配對(duì)電子或空d軌道的氧化狀態(tài)易于與小分子成鍵,并發(fā)生反應(yīng)。而且,鎳基催化劑可通過控制合成的溫度氣氛等條件,形成穩(wěn)定的氧化鎳/鎳核殼結(jié)構(gòu)催化劑。

催化體系中使用的負(fù)載活性金屬的載體是設(shè)計(jì)和合成催化劑時(shí)要考慮的重要因素。它不僅會(huì)影響電催化活性金屬顆粒的大小、形態(tài)和分布,而且會(huì)影響吸附和沉積過程中活性中間體的形成?！?br>