基于高氧空位浓度和高Ni3+/Ni2+比值NiO电催化剂增强甲醇电催化氧化的性能

卢剑天, 赵曼帧, 张保华, 宋爽, 张玉微

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高等学校化学学报 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (07) : 78-87.

基于高氧空位浓度和高Ni3+/Ni2+比值NiO电催化剂增强甲醇电催化氧化的性能

  • 卢剑天, 赵曼帧, 张保华, 宋爽, 张玉微
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摘要

针对镍基电催化剂在甲醇氧化反应(MOR)中活性位点不足、导电性差和催化反应动力学速度慢等瓶颈问题,本文通过晶格掺杂工程策略,采用低成本钼酸铵前驱体结合煅烧工艺,构建了氧空位与Ni3+活性位点协同增强的Mo掺杂NiO催化剂.结果表明,随着Mo掺杂量从0增加至28%(原子分数),催化剂表面氧空位浓度由30.18%梯度提升至56.59%,Ni3+物种占比从65.55%增至85.91%;当Mo掺杂量为28%时,在1.0 mol/L KOH/1.0 mol/L CH3OH电解液中,1.7 V(vs.RHE)电位下获得280.8 mA/cm2的电流密度,较未掺杂的NiO(21.7mA/cm2)提升12.9倍,Tafel斜率由63 mV/dec显著降低至25 mV/dec.通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)等表征手段,对Mo掺杂制备氧空位浓度和Ni3+/Ni2+摩尔比可调变的NiO催化剂的形成机制和MOR电催化效果进行研究,初步揭示了其原理和构效关联,为设计具有高活性位点浓度的高效直接甲醇燃料电池(DMFC)阳极催化剂提供了新思路.

关键词

氧空位 / 甲醇氧化反应 / 钼掺杂

中图分类号

TM911.4 / O643.36

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卢剑天, 赵曼帧, 张保华, 宋爽, 张玉微. 基于高氧空位浓度和高Ni3+/Ni2+比值NiO电催化剂增强甲醇电催化氧化的性能. 高等学校化学学报. 2025, 46(07): 78-87

基金

国家自然科学基金(批准号:22122402); 广东省自然科学基金(批准号:2021B1515020048,2023A1515010623); 广东省科技创新战略专项基金(批准号:pdjh2024b303)资助

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