Page 172 - 《精细化工》2022年第1期

·162· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 39 卷

体相比有显著提升 [19] 。未负载金属的 CNFs/NF 具有
与泡沫镍接近的 OER 催化活性，2 V vs. RHE 的电
2
位下电流密度高达 473 mA/cm ，是具有一定活性的
OER 电极载体。用 Tafel 方程 η=a+blogj [20] 拟合 Tafel
曲线的线性部分（其中：η 是过电位；a 是拟合参数；
j 是电流密度；b 是 Tafel 斜率）。优化后的 CNFs/NF
电极的 Tafel 斜率为 72.12 mV/dec。催化材料较小的
Tafel 斜率表明其可以加快电荷转移速率，提高 OER
催化活性。为了验证该催化材料的潜在意义，进一

步将该催化材料表面负载镍铁后，得到在 100 和 200
图 6 NF（a）和 CNFs/NF（b）在阳极电位范围为 0.99~1.09
2
V（Hg/HgO 为参比电极的非法拉第区域）的循环 mA/cm 的电流密度下的OER过电位为276和363 mV
伏安曲线；CNFs/NF 和 NF 的 C dl 计算值（c）及奈 （以上计算值不包含内阻矫正），意味着该催化剂也
奎斯特曲线（d） 可以作为 OER 高性能催化材料的基底使用。
Fig. 6 Cyclic voltammetry curves of NF (a) and CNFs/NF
(b) within anode potential range of 0.99~1.09 V (vs.
Hg/HgO in the non-faradic region); C dl calculation
(c) and Nyquist plots (d) of CNFs/NF and NF

在 1 mol/L KOH 电解质溶液中，所制备的
2
CNFs/NF 活性催化剂催化 OER 产生 10 mA/cm 的电
流密度所需的过电位为 260 mV。EIS 测量了 OER
反应过程中 CNFs/NF 的电荷转移电阻和电极/溶液
体系的欧姆电阻（R Ω ）。图 6d 显示了在 280 mV 的
阳极过电位下获得的 CNFs/NF 的电荷转移电阻（R ct）
值。制备的 CNFs/NF 催化剂的 R ct 为 2.84 Ω。R ct 值
越小，表明电子的导电率越高，传递电荷速度越快。
从图 6d 可以看出，引入 CNFs 后，半圆区域的直径
大大减小，这是由于 CNFs/NF 的电子快速转移和电
荷转移电阻远小于 NF，证明 CNFs/NF 具有优异的
电导率。这表明 CNFs 的引入可以进一步降低电荷
转移电阻以便获得更好的电化学活性。
在之前研究中，作者曾尝试制备粉末状有催化活
性的催化剂载体，这种由钴铁纳米粒子/有序介孔碳/
二氧化硅复合而成的催化剂载体本身具有催化活性位
点，相当于提升了催化材料表面积的利用率，但是因 图 7 CNFs/NF 的 LSV 曲线（a）和 Tafel 斜率（b）
Fig. 7 LSV curve (a) and Tafel slope (b) of CNFs/NF
为这种催化剂载体仍需要通过黏合剂与电极结合在一
起，无法在大电流下稳定使用 [19] 。因此，为了解决大
3 结论
电流下稳定使用的问题，本工作制备了具有一定催化
活性的 CNFs/NF 载体，并初步尝试了在 CNFs/NF 上沉 本工作在 710 ℃下直接在泡沫镍基底上合成
积了Ni，并检查了其OER性能，达到500和1000 mA/cm 2 螺线形 CNFs，其直径分布范围为 30~130 nm。这种
的电流密度，需要 577 和 817 mV 的过电位。 方法不仅成本低廉，而且允许具有三维结构的 CNFs
图 7 为 CNFs/NF 材料 OER 的 LSV 曲线和其对 直接生长在集流子基底上，可广泛应用于传感器、
应的 Tafel 斜率。如图 7 所示，因为本文制备的催化 电池、燃料电池和超级电容器等领域。
剂载体 CNFs/NF 是整体式一体化的，没有使用黏结
剂，在 OER 等强扰动产气的反应中仍有较高的活性 参考文献：
2
和稳定性，在 10 和 100 mA/cm 的电流密度下的 OER [1] UHU T, NA J, LEE J U, et al. Structural configurations and Raman
spectra of carbon nanoscrolls[J]. Nanotechnology, 2020, 31(31):
过电位分别为 260 和 385 mV（以上计算值不包含内 315707.
阻矫正），与之前研究的粉末状的有活性的催化剂载 [2] GUO Q, ZHAO D, LIU S, et al. Free-standing nitrogen-doped