纳米Ni-Cu-B介孔非晶合金/ TiO2纳米管阵列复合电极的制备及电催化性能

Pt 催化剂因价格昂贵和易CO 中毒等缺点，已成为直接甲醇燃料电池(DMFC)发展的瓶颈。研发新型非贵金属材料催化电极，是扩大DMFC 使用范围的迫切要求。本项目以TiO2 纳米管阵列（TNTs）为硬模板载体，表面活性剂为软模板，将自组装的微胶团沉积到TNTs 中，以期制备出催化活性高、稳定性好的纳米Ni-Cu-B 介孔非晶合金电极。此电极结构实现宏孔和介孔共存的孔结构多尺度化，确保催化活性位的高分散性，有利于反应物的扩散和吸附。系统研究此新型电极材料的合成机理、显微结构和其电催化氧化性能。揭示纳米Ni-Cu-B介孔非晶合金的本征结构、性能及各组分相互作用机理；TNTs载体和催化剂对电催化性能的影响规律和关联特性。探究在外界温度对电极结构和电催化性能的影响机制。本项目为开发价格低廉、催化活性高、稳定性好的DMFC 用阳极材料提供新思路和方法，为纳米结构催化电极的研发提供理论和实验依据。

直接甲醇燃料电池(DMFC)是便携式移动电源的重要发展方向，但其推广应用受限于其电极材料的成本和效能。研发新型非贵金属基纳米材料催化电极，是扩大直接甲醇燃料电池(DMFC) 使用范围的迫切要求。本项目试图以Ni为电催化材料，引入B其非晶化，加入Cu提高活性位，以表面活性剂CTAB为软模板来获得介孔结构，提高比表面积，进而改善催化性能。以TiO2纳米管阵列（TNTs）为硬模板载体， CTAB为软模板，将自组装的微胶团沉积到TNTs 中，制备了催化活性较高、稳定性较好的介孔非晶合金纳米Ni-(Cu-)B/TNTs复合电极。系统研究了该类电极材料的制备工艺、显微结构和其电催化氧化性能性能之间的关系，分析了电极材料在碱性条件下的电化学行为。通过改变工艺制备了新结构纳米球花结构的Ni /Cu/ TNTs复合电极和Ti-Ni-O纳米管阵列电极，研究了电催化性能。. 通过本项目的实施获得以下研究结果：（1）在三种电解液体系中，通过调控阳极氧化电压、氧化时间等工艺条件，获得了多种形貌和尺寸的TNTs阵列.（2）随着化学镀施镀温度上升、时间延长和CTAB的含量的增加， TNTs复合电极的上负载的纳米催化颗粒尺寸逐渐变大，纳米Ni-(Cu-)B/TNTs复合电极电极氧化峰的峰电流密度都先增后减。（3）Cu提高了基体的导电性，与Ni有协同作用，提高了电子转移速率。提升了材料的电催化性能。但是随着Cu量的提高，镀层中颗粒尺寸显著变大，团聚现象加重。（4）随着外界温度（0~60℃）的上升流密度逐渐增加，在40℃时达到峰值，随后少量下降。（5）对Ti-Ni合金阳极氧化后在500℃还原处理，制备了Ti-Ni-O纳米管阵列电极, 纳米Ni颗粒原位还原，改善了催化颗粒分散性，提高了其与基体材料的结合性。该电极材料具有良好的持久性。. 在本项目中，制备的多种负载Ni基纳米颗粒的TNTs的复合电极有较好的循环寿命，Ni-Cu基/TNTs复合电极有更佳的电催化性能。本研究为开发成本低性能优的DMFC用阳极电极材料提供的思路和方法，为后续的研究提供理论和实验基础，具有借鉴和重要参考作用。.