工程科学学报，第38卷，第8期：1139-1144,2016年8月 Chinese Journal of Engineering,Vol.38,No.8:1139-1144,August 2016 D0l:10.13374/j.issn2095-9389.2016.08.013:http://journals..ustb.edu.cn 球形氧化镍粉末对乙醇的电催化性能的研究 湛菁，陆二聚，蔡梦，马雅琳区 中南大学治金与环境学院，长沙410083 ☒通信作者，E-mail:80560381@q4.com 摘要通过水热一热分解法制备球形介孔氧化镍粉末，并采用X射线衍射、扫描电镜、透射电镜和比表面积仪对氧化镍粉 末的形貌和结构进行表征：通过循环伏安法、计时电流法和电化学阻抗谱的测试，系统研究该种粉末在碱性介质中对乙醇的 电催化氧化活性.结果表明：所得到的氧化镍粉末为球形，比表面积为35m2·g,平均孔径为15.88m:该粉末对乙醇具有良 好的催化活性，氧化电流随乙醇浓度和扫描速率的增大而增大，在0.60V电位下保持1000s,球形多孔氧化镍对乙醇氧化催 化的电流衰减率为0.075%，稳定性比较好.循环伏安法、计时电流法和电化学阻抗谱测试表明，球形介孔N0/玻碳电极 (NO/GCE)对乙醇的催化氧化反应机理为扩散控制. 关键词直接乙醇燃料电池：电催化：乙醇：氧化镍：介孔材料 分类号TM911.4:0614.81 Electrocatalytic performance of spherical NiO for ethanol oxidation ZHAN Jing,LU Er-ju,CAI Meng,MA Ya-lin School of Metallurgy and Environment,Central South University,Changsha 410083,China Corresponding author,E-mail:80560381@qq.com ABSTRACT Spherical mesoporous Nio powders were synthesized by a hydrothermal-thermal decomposition method,and their morphology and structure were investigated by X-ray diffraction,scanning electron microscopy,transmission electron microscopy,and N,adsorption/desorption analysis.The electrocatalytic performance of NiO powders were systematically studied by cyclic voltammetry (CV),chronoamperometry (CA)and electrochemical impedance spectroscopy (EIS).It is found that the prepared mesoporous Nio powders are in spherical morphology with a specific surface area of 35 m2g and an average pore size of 15.88 nm.They show good electrocatalytic activity for ethanol oxidation:the oxidation current increases with increasing ethanol concentration and scan rate.The current decay at 0.60 V for 1000 s is as low as 0.075%,indicating good stability.CV,CA and EIS measurements show that ethanol oxidation reaction on the spherical mesoporous NiO is a diffusion-controlled process. KEY WORDS direct ethanol fuel cells:electrocatalysis:ethanol:nickel oxide:mesoporous materials 随着世界经济的高速发展，能源危机与环境污染接影响着整个电池的工作效率和使用寿命.一直以 问题日益严重.研究清洁、高效且可再生的绿色新能来，贵金属（如铂、钉和钯）及其合金、复合物等材料， 源，成为世界各国长期的战略目标和研究重点.直接因具有较高的电催化活性而被广泛应用为燃料电池的 乙醇燃料电池是一种利用乙醇氧化反应产生电能的装 催化剂5.然而，电催化过程中，贵金属易被中间产 置，与直接甲醇燃料电池相比，其燃料乙醇来源丰富、 物C0吸附发生自毒化现象而失活回.另外，贵金属成 毒性低且具有较高的理论能量密度，具有重大研究价 本高，储藏量有限，从而导致燃料电池成本高，大大限 值.在直接乙醇燃料电池中，阳极的电催化性能直 制了其商业化应用.因此，研究低成本、高催化活性的 收稿日期：2015-10-12 基金项目：湖南省科学技术厅科技计划资助项目(2010F3012)工程科学学报，第 38 卷，第 8 期: 1139--1144，2016 年 8 月 Chinese Journal of Engineering，Vol． 38，No． 8: 1139--1144，August 2016 DOI: 10． 13374 /j． issn2095--9389． 2016． 08． 013; http: / /journals． ustb． edu． cn 球形氧化镍粉末对乙醇的电催化性能的研究 湛 菁，陆二聚，蔡 梦，马雅琳 中南大学冶金与环境学院，长沙 410083  通信作者，E-mail: 80560381@ qq． com 摘 要 通过水热--热分解法制备球形介孔氧化镍粉末，并采用 X 射线衍射、扫描电镜、透射电镜和比表面积仪对氧化镍粉 末的形貌和结构进行表征; 通过循环伏安法、计时电流法和电化学阻抗谱的测试，系统研究该种粉末在碱性介质中对乙醇的 电催化氧化活性． 结果表明: 所得到的氧化镍粉末为球形，比表面积为 35 m2 ·g － 1，平均孔径为 15. 88 nm; 该粉末对乙醇具有良 好的催化活性，氧化电流随乙醇浓度和扫描速率的增大而增大，在 0. 60 V 电位下保持 1000 s，球形多孔氧化镍对乙醇氧化催 化的电流衰减率为 0. 075% ，稳定性比较好． 循环伏安法、计时电流法和电化学阻抗谱测试表明，球形介孔 NiO/玻碳电极 ( NiO/GCE) 对乙醇的催化氧化反应机理为扩散控制． 关键词 直接乙醇燃料电池; 电催化; 乙醇; 氧化镍; 介孔材料 分类号 TM911. 4; O614. 81 Electrocatalytic performance of spherical NiO for ethanol oxidation ZHAN Jing，LU Er-ju，CAI Meng，MA Ya-lin School of Metallurgy and Environment，Central South University，Changsha 410083，China  Corresponding author，E-mail: 80560381@ qq． com ABSTＲACT Spherical mesoporous NiO powders were synthesized by a hydrothermal--thermal decomposition method，and their morphology and structure were investigated by X-ray diffraction，scanning electron microscopy，transmission electron microscopy，and N2 adsorption/ desorption analysis． The electrocatalytic performance of NiO powders were systematically studied by cyclic voltammetry ( CV) ，chronoamperometry ( CA) and electrochemical impedance spectroscopy ( EIS) ． It is found that the prepared mesoporous NiO powders are in spherical morphology with a specific surface area of 35 m2 ·g － 1 and an average pore size of 15. 88 nm． They show good electrocatalytic activity for ethanol oxidation; the oxidation current increases with increasing ethanol concentration and scan rate． The current decay at 0. 60 V for 1000 s is as low as 0. 075% ，indicating good stability． CV，CA and EIS measurements show that ethanol oxidation reaction on the spherical mesoporous NiO is a diffusion-controlled process． KEY WOＲDS direct ethanol fuel cells; electrocatalysis; ethanol; nickel oxide; mesoporous materials 收稿日期: 2015--10--12 基金项目: 湖南省科学技术厅科技计划资助项目( 2010FJ3012) 随着世界经济的高速发展，能源危机与环境污染 问题日益严重． 研究清洁、高效且可再生的绿色新能 源，成为世界各国长期的战略目标和研究重点． 直接 乙醇燃料电池是一种利用乙醇氧化反应产生电能的装 置，与直接甲醇燃料电池相比，其燃料乙醇来源丰富、 毒性低且具有较高的理论能量密度，具有重大研究价 值［1--4］． 在直接乙醇燃料电池中，阳极的电催化性能直 接影响着整个电池的工作效率和使用寿命． 一直以 来，贵金属( 如铂、钌和钯) 及其合金、复合物等材料， 因具有较高的电催化活性而被广泛应用为燃料电池的 催化剂［5--8］． 然而，电催化过程中，贵金属易被中间产 物 CO 吸附发生自毒化现象而失活［9］． 另外，贵金属成 本高，储藏量有限，从而导致燃料电池成本高，大大限 制了其商业化应用． 因此，研究低成本、高催化活性的