固体所在液相激光辐照制备硫、氮共掺碳纳米管负载氧化镍电催化剂研究方面取得进展

近期，中科院固体所液相激光加工与制备实验室在液相激光辐照制备硫、氮共掺碳纳米管负载氧化镍电催化剂（nio／s，n－cnts）研究方面取得进展，并对其甲醇氧化电催化性能进行了探究。
甲醇是一种重要的能量载体，常温常压条件下为液态，具有运输和存储方便、燃烧效率高、洁净环保等优点。发展以甲醇水溶液或蒸汽甲醇为燃料的直接甲醇燃料电池（pemfc），是继水力、火力、原子能发电方式之后的“第四种发电方式”，也是解决环境与能源危机的有效途径之一。
当前，电化学催化甲醇氧化主要采用铂基贵金属纳米材料作为催化剂，催化剂的制备成本高昂。因此开发廉价的非贵金属基甲醇氧化催化剂，解决其催化活性低和稳定性差的普遍性难题，对推动pemfc研究的发展具有重要的研究价值和科学意义。
近年来，研究人员在基于纳米材料结构与缺陷工程来提高pemfc催化活性方面开展了大量富有成效的研究工作，均极大地提高了非贵金属基催化剂的甲醇氧化催化活性。然而，在甲醇氧化反应中，面对苛刻的电解液环境，高活性纳米催化剂材料很容易因为发生表面结构重构、聚集生长或者中间态物种吸附而导致失活。因此，兼顾甲醇氧化催化剂的催化活性和稳定性是十分必要的。
基于此，固体所液相激光加工与制备实验室从催化剂载体设计的角度出发，提出以s、n元素掺杂碳纳米管为支撑载体，锚定小尺寸nio纳米颗粒，以提升其甲醇氧化催化活性和稳定性。
研究人员通过液相环境下脉冲激光辐照的方法制备高浓度s、n元素掺杂的nio纳米颗粒原位负载碳纳米管（nio／s，n－cnts）。在激光辐照过程中，s、n元素的掺杂能够为nio的成核生长提供更多的附着位点，加速了激光诱导碳纳米管表面局域高温区域ni2＋离子反应前驱体的消耗速度，降低了负载nio纳米颗粒的尺寸；此外，由于s、n元素的掺杂，碳纳米管对nio纳米颗粒的锚定作用得到显著增强，使得两者间的接触电阻减小，促进了界面电子传输，对其电化学活性有提升作用。碱性条件下的电化学测试结果表明，nio／s，n－cnts具有良好的甲醇氧化催化性能，其初始甲醇氧化质量比活性为2200ma／mg。连续测试40000秒后，其质量比活性保持率为65.8％，展现了良好的循环稳定性，甲醇饱和浓度可提升至13m。
该研究工作为基于液相激光制备与加工技术实现碳纳米管掺杂，开发低成本、高效的非贵金属基甲醇氧化催化剂提供了新的思路。相关结果以全文的形式发表在carbon杂志上。

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