Ag/Ni foam电极的制备及其电催化性能的研究

刘 冉，余 艳

(哈尔滨学院 化学系，哈尔滨 150086)

Ag/Ni foam电极的制备及其电催化性能的研究

刘 冉，余 艳

(哈尔滨学院 化学系，哈尔滨 150086)

本文利用恒电流电沉积法直接将银粒子沉积到泡沫镍(Ni foam)基体表面，制得Ag/Ni foam电极，同时研究了Ag/Ni foam电极催化肼电氧化性能。结果表明，在含有20.0 mmol·L-1肼的1.0 mol·L-1KOH溶液中，Ag/Ni foam电极上肼的氧化峰电位为-0.34 V，氧化峰电流密度可达46 mA·cm-2。

肼氧化；银电极；恒电流法；Ag/Ni foam电极；催化性能

近年来，由于化石燃料过度开采带来的环境污染与能源危机，使得人们对于清洁能源的需求日益迫切。直接肼燃料电池(DHFC)因其具有产物无污染、阳极氧化过程不产生使催化剂催化活性降低的物质等优点，逐渐成为研究热点[1-3]。

提高肼电氧化反应速率有利于提高DHFC的性能，因此，制备高效的肼电氧化催化剂显得尤为重要。目前，贵金属铂[4]、钯[5]催化肼电氧化活性高，但高昂的价格限制了它们的应用。银具有优良的导电性、稳定的化学性质以及可稳定存在于碱性肼溶液等特点，常被用于催化肼电氧化[6-8]。本文利用恒电流电沉积法直接将银粒子沉积到泡沫镍(Ni foam)基体表面，制得Ag/Ni foam电极，同时研究了Ag/Ni foam电极催化肼电氧化性能。

1 实验部分

1.1 仪器和试剂

超声波震荡仪(DF-101型，上海诚名仪器有限公司)；电化学分析仪(CHI760E，上海辰华仪器公司)。

实验所用试剂均为分析纯，配制溶液和洗涤用水均为去离子水。

1.2 Ag/Ni foam电极的制备

Ag/Ni foam电极的制备在两电极体系中进行，事先预处理的泡沫镍和10 mm×20 mm的大铂片分别做阴极和阳极，它们之间的距离保持在2 cm左右，对电极施加-3 A·cm-2的恒电流，沉积时间设定为60 s。电解液组成为0.01 mol·L-1Ag2SO4和1.5 mol·L-1(NH4)2SO4。

1.3 电化学测量

循环伏安测试(Cyclic Voltammetry，CV)和恒电位测试(Chronoamperometry，CA)在三电极体系中进行，制备的Ag/Ni foam电极、10 mm×20 mm铂片及Ag/AgCl(饱和KCl)电极分别充当工作电极、辅助电极和参比电极。电解液为1.0 mol·L-1KOH+20.0 mmol·L-1N2H4。

2 结果与讨论

2.1 循环伏安测试

图1为Ag/Ni foam电极和Ni foam基体在1.0 mol·L-1KOH+20.0 mmol·L-1N2H4溶液中的CV曲线，扫速为0.01 V·s-1。从Ag/Ni foam电极在1.0 mol·L-1KOH+20.0 mmol·L-1N2H4中的CV曲线可以看到，Ag/Ni foam电极上肼的氧化峰电位为-0.34 V，峰电流密度为46 mA·cm-2。同时，在CV曲线上没有观察到肼的还原峰，这一现象说明肼在Ag/Ni foam电极上电氧化的不可逆性。由于肼电氧化过程中产生氮气，气体吸附在电极表面干扰测试，使CV曲线呈现一定程度地抖动。另外，Ni foam基体的CV曲线未出现明显的氧化峰及还原峰，表明Ni foam基体对肼的电氧化不起催化作用，真正起催化作用的物质是银粒子。

图1 (a)Ag/Ni foam电极和(b)Ni foam基体在1.0 mol·L-1 KOH+20.0 mmol·L-1 N2H4溶液中的循环伏安曲线，扫速为10 mV·s-1Fig.1 Cyclic voltammograms of (a) Ag/Ni foam electrode and (b) Ni foam in 1.0 mol·L-1 KOH + 20.0 mmol·L-1 N2H4 at a scan rate of 10 mV·s-1

2.2 恒电位测试

图2表示在-0.5 V(a)和-0.55 V(b)两个电位下，Ag/Ni foam电极在1.0 mol·L-1KOH+20.0 mmol·L-1N2H4中的计时电流曲线，测定时间为1 000 s。由曲线可以看到电位越正，产生的电流也就越高。这是由于电位越正，对肼电氧化的过电位越大，发生反应的驱动力越大，反应越快，因此，产生的电流越大。由图2可知，在最初几十秒内，电流衰减较为严重，产生这种现象的原因可能是在测试过程中，Ag/Ni foam电极附近肼浓度迅速降低。随后电流密度只发生微弱地衰减。

2.3 扫描速度的影响

图3表示不同扫速下，Ag/Ni foam电极在1 mol·L-1KOH +20 mmol·L-1N2H4溶液中的CV曲线。在扫速从20 mV·s-1升高到110 mV·s-1过程中，肼的氧化峰电位从-0.27 V逐渐正向移动到-0.01 V，峰电流密度从62.7 mA·cm-2逐渐增加到127 mA·cm-2。这说明肼在Ag/Ni foam电极上的电氧化过程完全不可逆。

图2 Ag/Ni foam电极在1.0 mol·L-1 KOH+20.0 mmol·L-1 N2H4溶液中不同电位下的计时电流曲线Fig.2 Chronoamperometric curves of the Ag/Ni foam electrode in 1.0 mol·L-1 KOH+20.0 mmol·L-1 N2H4 at different potentials

图3 Ag/Ni foam电极在1.0 mol·L-1 KOH+20.0 mmol·L-1 N2H4中不同扫速下的循环伏安曲线Fig.3 Cyclic voltammograms of the Ag/Ni foam electrode in 1.0 mol·L-1 KOH+20.0 mmol·L-1 N2H4 at different scan rates

图4表示不同扫速下肼的氧化峰电流密度ip与扫速平方根v1/2的关系图。由图4可以清楚地看出，ip与v1/2间呈现一种良好的线性关系，表明在Ag/Ni foam电极上的肼电氧化反应是一个受扩散控制的过程。

图4 ip与v1/2的关系曲线Fig.4 Plot of ip versus v1/2

3 结语

本文利用恒电流法一步制备出Ag/Ni foam电极。

在含有20.0 mmol·L-1肼的1.0 mol·L-1KOH溶液中，Ag/Ni foam电极上肼的氧化峰电位和峰电流密度分别为-0.34 V和46 mA·cm-2。较高的催化活性使Ag/Ni foam电极可用作DHFC阳极催化剂。

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PreparationofNifoamsupportedAgelectrodeanditselectrocatalyticperformance

LIU Ran, YU Yan

(Department of Chemistry, Harbin University, Harbin 150086, China)

Silver particles were directly deposited on Ni foam substrate by a galvanostatic electrodeposition method. The electrocatalytic performance of the Ag/Ni foam electrode for hydrazine electrooxidation was examined by cyclic voltammetry and chronoamperometry. An oxidation peak potential of -0.34 V and an oxidation peak current density of 46 mA·cm-2were achieved in the solution containing 1.0 mol·L-1KOH and 20.0 mmol·L-1hydrazine. Moreover, hydrazine electrooxidation on the Ag/Ni foam electrode is an irreversible process and controlled by a diffusion process.

Hydrazine oxidation; Silver electrode; Galvanostatic method; Ni foam supported Ag electrode; Electrocatalytic performance

O643.3

A

1674-8646(2017)18-0006-02

2017-07-07

黑龙江省教育厅科学技术研究项目“铜片负载多孔铜催化剂的制备及其催化肼电氧化性能的研究”(12543043)

刘冉(1979-)，女，博士，讲师。