活性炭對甲醇氧化反應(yīng)的電催化

為了減少化石燃料的需求，迫切需要可持續(xù)和成熟的能源轉(zhuǎn)換技術(shù)。為了讓間歇性能源發(fā)電技術(shù)站穩(wěn)腳跟，儲能解決方案需要變得更好性能和經(jīng)濟可行性。我們使用鎳基金屬有機骨架及其與活性炭的復(fù)合材料作為甲醇氧化反應(yīng)的催化材料，使用循環(huán)伏安法在三電極設(shè)置的玻璃碳電極上測試用于甲醇氧化的催化劑的電化學(xué)活性。

通過攪拌將對苯二甲酸溶解在100ml二甲基甲酰胺中。然后，在溶液中加入幾滴三乙胺。然后將硝酸鎳六水合物加入溶液中，并將所得溶液攪拌30分鐘。將活性炭(10-60mg)加入溶液中并攪拌2小時。將制備的溶液倒入高壓釜(特氟龍內(nèi)襯)中，并在烘箱中在120℃下加熱24小時。通過過濾收集合成的活性炭晶體，用二甲基甲酰胺反復(fù)洗滌以洗掉多余的有機物質(zhì)，然后在80℃的真空烘箱中干燥。圖1顯示了活性炭復(fù)合材料的SEM圖，SEM圖像顯示活性炭鎳金屬復(fù)合材料的平均直徑為600nm的球形結(jié)構(gòu)。也可以看到活性炭顆粒結(jié)合在鎳金屬骨架的球形結(jié)構(gòu)之間。

通過在KOH和CH3OH中氧化甲醇，使用循環(huán)伏安法測試活性炭復(fù)合材料的電化學(xué)性能。具有活性炭復(fù)合材料的鎳金屬對甲醇氧化反應(yīng)表現(xiàn)出更高的催化活性(見圖2)。在鎳金屬改性玻璃碳電極的情況下，峰值電流密度沒有添加活性炭的高。具有更高濃度活性炭(40mg)的樣品顯示出高峰值電流密度。隨著活性炭量(60mg)的進一步增加，峰值電流密度降會稍微降低。綜上所述，建議將活性炭的濃度增加到一定限度可以提高電流密度。然而，增加活性炭的濃度也可能對催化活性產(chǎn)生不良后果。此外，活性炭復(fù)合材料的CV曲線具有不同的形狀和峰位置，這是因為合成時活性炭分散不完全，也由于其大量使用導(dǎo)致催化劑發(fā)生簇集，導(dǎo)致覆蓋金屬有機框架表面，從而阻礙活性催化位點在低電位下進行反應(yīng)，從而在高電位下發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移。