近期，中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院固體物理研究所液相環(huán)境激光制備與加工實(shí)驗(yàn)室在純單質(zhì)鎳/石墨烯復(fù)合材料的制備及其甲醇氧化電催化研究中取得新進(jìn)展。

 

納米鎳基催化劑因其高的催化活性和低成本而被研究者們廣泛認(rèn)識(shí)，并已成為重要的非鉑基催化劑。通過(guò)降低鎳基催化劑的尺寸來(lái)增加鎳的利用率，是提高鎳基催化劑效率的常用方法。然而，納米顆粒尺寸的減小總是不可避免地伴隨著顆粒團(tuán)聚和二次生長(zhǎng)。獲得具有大量暴露活性位點(diǎn)且不團(tuán)聚生長(zhǎng)的超細(xì)鎳單質(zhì)納米晶，是?高鎳基催化劑效率的有效途徑。

 

該研究以液相激光熔蝕法為技術(shù)手段，利用Ni膠體納米顆粒（帶正電荷）與氧化石墨烯（GO，帶負(fù)電荷）的靜電作用首先得到高活性的NiOx負(fù)載納米復(fù)合材料，并在水合肼溶液中還原生成單質(zhì)鎳。NiOx被水合肼還原?斷產(chǎn)生N2，為生成的單質(zhì)鎳創(chuàng)造了無(wú)氧環(huán)境，并獲得高度分散、超小尺寸的純單質(zhì)鎳（2.3±0.4nm）負(fù)載的石墨烯納米復(fù)合材料。其中，單質(zhì)鎳的超小尺寸為其催化性能的提升提供了大量的活性位點(diǎn)，石墨烯的存在很大限制了其在催化過(guò)?中的再生長(zhǎng)和聚集。實(shí)驗(yàn)表明，該材料在甲醇氧化電催化應(yīng)用中展現(xiàn)出了質(zhì)量比活性（1600mA/mg）和優(yōu)良的穩(wěn)定性，循環(huán)1000次后，單質(zhì)鎳依舊保持原來(lái)的尺寸和形貌，沒有發(fā)生聚集和二次生長(zhǎng)。

 

該研究利用液相激光熔蝕技術(shù)獲得超小納米晶的優(yōu)勢(shì)，制備出了純單質(zhì)鎳負(fù)載的石墨烯復(fù)合材料，并展現(xiàn)出優(yōu)良的甲醇氧化電催化性能，為設(shè)計(jì)合成其它具有高電化學(xué)活性和穩(wěn)定性的非鉑催化劑納米晶提供了新的思路和策略。

 

相關(guān)研究成果發(fā)表在Chemical Communications上。該研究得到了國(guó)家基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、中科院科研裝備研制項(xiàng)目和安徽省自然科學(xué)基金的資助。

 

 

 

圖1.(a)，Ni/rGO的合成示意圖；(b)、(c)，Ni/rGO的低倍和高分辨透射圖片。

 

 

圖2.(a)，Ni/rGO分別在1M KOH和1M CH3OH+KOH溶液中的循環(huán)伏安圖；(b)，Ni/rGO分別在1-6M CH3OH+KOH溶液中的循環(huán)伏安圖；(c)，Ni/rGO和商用Pt/C催化劑在不同循環(huán)次數(shù)下的質(zhì)量活性對(duì)比。