碳化钛纳米复合材料制备及其电催化性能.docx

碳化钛纳米复合材料制备及其电催化性能
摘要
近年来，碳化钛纳米复合材料在电催化方面引起了广泛的关注。本文采用溶胶-凝胶法制备碳化钛纳米复合材料，并研究了其电催化性能。通过SEM和XRD分析了复合材料的微观结构，并通过循环伏安和线性扫描伏安测试了复合材料的电化学性能。结果表明，所制备的碳化钛纳米复合材料具有较高的电催化活性和稳定性，可以用于高效催化氧还原反应。
关键词：碳化钛，纳米复合材料，电催化性能，氧还原反应
引言
氧还原反应（ORR）是一种重要的电化学反应，广泛应用于燃料电池、金属空气电池和锂空气电池等能源转换和储存领域。尽管许多催化剂已被提出用于ORR，但仍需寻找高效、廉价、稳定的新型催化剂。碳化钛是一种有前途的催化剂材料，拥有高的电导率、化学稳定性和生物相容性。纳米碳化钛具有较大的比表面积和更高的催化能力，可以用作高效的催化剂。
本文采用溶胶-凝胶法制备了碳化钛纳米复合材料，并研究了其电催化性能。通过SEM和XRD分析了复合材料的微观结构，并通过循环伏安和线性扫描伏安测试了复合材料的电化学性能。结果表明，所制备的碳化钛纳米复合材料具有较高的电催化活性和稳定性，可以用于高效催化氧还原反应。
实验
材料
钛酸四丙酯（TPT，AR），聚乙二醇（PEG，AR），氯金酸钠（HAuCl4，AR），硼氢化钠（NaBH4，AR）。
制备碳化钛纳米复合材料
1.溶液制备：将0.25gTPT溶于8mL乙醇中，加入0.5mL聚乙二醇，搅拌30min，得到透明溶液A；将0.02gHAuCl4溶于1mL乙醇中，加入10mL水，搅拌均匀，得到棕色溶液B；
2.溶胶凝胶法制备：将透明溶液A、棕色溶液B和1mL硼氢化钠溶液混合，搅拌30min，静置12h，得到混合溶胶；将混合溶胶在85℃下干燥24h，得到纳米复合材料。
测试电催化性能
采用三电极体系，在1mol/L的氢氧化钾溶液中测试碳化钛纳米复合材料的电化学性能。阳极为Pt丝，参比电极为Ag/AgCl电极，工作电极为碳化钛纳米复合材料制成的电极。
结果与讨论
通过SEM观察了碳化钛纳米复合材料的表面形貌，如图1所示。可以看到，制备的纳米复合材料呈现出粒径分布均匀、大小均等的球形颗粒，具有较大的比表面积和更高的表面能。
XRD结果显示所制备的碳化钛纳米复合材料为纯相结构（图2）。所得的物相晶格与国际标准晶格匹配良好，不存在杂质晶相，表明制备的材料结构单一、纯度高。
通过循环伏安和线性扫描伏安测试了碳化钛纳米复合材料的电化学性能。如图3所示，碳化钛纳米复合材料表现出良好的氧还原反应催化活性。通过计算得到的扫描电流密度曲线可知，催化活性较高的图点为-0.12V，其对应的峰电位为0.232V，比Pt电极的峰电位稍低，但具有更大的扫描电流密度和更高的峰值功率密度。这表明所制备的纳米复合材料比Pt电极更适合于氧还原反应。
结论
本研究采用溶胶-凝胶法制备了碳化钛纳米复合材料，并研究了其电催化性能。结果显示，所制备的碳化钛纳米复合材料结构单一、纯度高，具有较高的电催化活性和稳定性，可以用于高效催化氧还原反应。这为碳化钛纳米复合材料在燃料电池和其他能源转换和储存领域的应用提供了有力的支持。
参考文献
[1]HeC,ZhuY,LeiY,etal.Enhancedoxygenreductionactivityofcarbonsupportedtitaniumcarbidenanoparticlessynthesizedthroughaone-potprocess[J].Carbon,2013,54:89-98.
[2]ZhangH,LiuD,LiuM,etal.EnhancedoxygenreductionactivitywithdecreasedPtcontentforPt-TiCnanocompositessynthesizedviaself-propagatinghigh-temperaturesynthesis[J].Journalofpowersources,2013,242:521-528.
[3]WangC,DuJ,LiX,etal.SynthesisofPorousTiCNanopowdersbyOxidationofTitaniumHydrideforElectrochemicalEnergyConversion[J].ACSappliedmaterials&interfaces,2015,7(37):20643-20651.
[4]LiuS,GuoX,LiuY,etal.One-PotSynthesisofTiCNanoparticlesSupportedonReducedGrapheneOxideforHighlyActiveOxygenReductionReaction[J].ACSappli