活性炭對甲醇氧化反應的電催化

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

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洗滌以洗掉多余的有機物質，然后在80℃的真空烘箱中干燥。圖1顯示了活性炭復合材料的SEM圖，SEM圖像顯示活性炭鎳金屬復合材料的平均直徑為600nm的球形結構。也可以看到活性炭顆粒結合在鎳金屬骨架的球形結構之間。

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合材料的電化學性能。具有活性炭復合材料的鎳金屬對甲醇氧化反應表現(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生不良后果。此外，活性炭復合材料的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致催化劑發(fā)生簇集，導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，從而在高電位下發(fā)生電荷轉移。