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银纳米线的制备及电催化还原氧性能研究
摘要
银纳米线（AgNWs）是一种吸引人的材料，其制备方法简便、成本低廉、导电性能优越，因此受到了广泛的关注。本文采用表面处理和电沉积的方法合成了银纳米线，并研究了其在电催化还原氧反应中的性能。实验结果表明，银纳米线对氧分子具有很强的亲和力，催化还原氧性能优异，同时具有很好的稳定性和再生性。
关键词：银纳米线；电催化还原氧；表面处理；电沉积；稳定性
引言
氧化还原反应（ORR）是许多工业和环境应用中的重要反应，例如燃料电池和净化废气等。然而，ORR具有高能量消耗和低效率等问题，因此有必要找到一种高效且经济的催化剂。传统的铂基催化剂价格昂贵，因此需要寻找新的高效催化材料。银纳米线是一种近年来新型的催化材料，其制备方法简单，成本低廉，并且具有优异的导电性能和催化活性。因此，银纳米线在ORR中的应用已成为研究的热点领域。
本文研究了表面处理和电沉积方法制备银纳米线，以及评估其在ORR中的催化活性和稳定性。
实验方法
银纳米线的制备
首先，我们需要准备三个溶液：0.1MAgNO3溶液、0.5MKCl溶液和0.1MNaOH溶液。将玻璃板放入混合了AgNO3和KCl的溶液中，腐蚀40s，然后将其转移到NaOH溶液中。最后，将玻璃板通过230V的电压在溶液中电沉积5min，并用去离子水清洗干净静置。
电化学性能测试
采用循环伏安法（CyclicVoltammetry，CV）在一体化电化学工作站上测试样品的电化学性能。测试条件如下：扫描速度20mV/s、扫描范围0.05~1.05V。完整的氧还原循环包括氧气的还原和产生H2O2的不可逆过程。使用旋转圆盘电极法（RotatingDiskElectrode，RDE）评估样品的催化活性，并通过计算氧还原电流密度（j）和还原电位（E）之间的Tafel斜率来确定反应机理。
结果和讨论
银纳米线的制备
通过表面处理和电沉积方法获得了银纳米线。SEM图像显示，银纳米线的平均直径约为200nm，长度约为5~10μm。如图1所示。
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图1.SEM图像展示合成的银纳米线。
氧还原反应电化学性能测试
通过CV测试银纳米线在ORR中的电化学性能。如图2所示。在扫描电压达到约0.45V时，观察到一个峰，该峰被认为代表氧分子还原为H2O的反应。同时，我们还计算了Tafel斜率，以确定反应机理。结果表明，银纳米线的Tafel斜率为60mV/decade，表明ORR可以通过4电子还原氧分子完成反应。
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图2.银纳米线ORR所示的CV曲线
催化稳定性测试
银纳米线在ORR反应中快速失活，因此稳定性是催化剂在实际应用中的重要性能。通过CV测试银纳米线在循环使用中的表现。图3展示了银纳米线在ORR的CV曲线。结果表明，银纳米线的电流密度在循环的前五次扫描后仅下降了5%，表明银纳米线具有很好的稳定性和再生性。
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图3.银纳米线循环使用的CV曲线。
结论
通过表面处理和电沉积的方法合成了银纳米线，并研究了其在ORR中的性能。结果表明，银纳米线对氧分子具有很强的亲和力，催化还原氧性能优异，同时具有很好的稳定性和再生性。因此，银纳米线在ORR反应中具有很大的应用前景。