Co3O4纳米片的制备及对H2O2电还原反应的催化性能

doi:10.7503/cjcu20130504

高等学校化学学报 ›› 2014, Vol. 35 ›› Issue (1): 110.doi: 10.7503/cjcu20130504

Co₃O₄纳米片的制备及对H₂O₂电还原反应的催化性能

程魁, 杨帆, 闫鹏, 曹殿学, 殷金玲, 王贵领()

哈尔滨工程大学材料科学与化学工程学院, 哈尔滨 150001

收稿日期:2013-05-29 出版日期:2014-01-10 发布日期:2013-09-02
作者简介:联系人简介: 王贵领, 男, 博士, 教授, 博士生导师, 主要从事燃料电池、锂离子电池和超级电容器电极材料研究.E-mail: wangguiling@hrbeu.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金(批准号: 21306033)和中央高校基本科研基金(批准号: HEUCF2013091003)资助

Preparation of Co₃O₄ Nanosheet Supported on Ni Foam and Its Catalytic Performance for H₂O₂ Electroreduction^†

CHENG Kui, YANG Fan, YAN Peng, CAO Dianxue, YIN Jinling, WANG Guiling^*()

College of Material Science and Chemical Engineering, Harbin Engineering University, Harbin 150001, China

Received:2013-05-29 Online:2014-01-10 Published:2013-09-02
Contact: WANG Guiling E-mail:wangguiling@hrbeu.edu.cn
Supported by:
† Supported by the National Natural Science Foundation of China(No.21306033) and the Fundamental Research Funds for the Central Universities of China(No.HEUCF20130910013)

摘要/Abstract

摘要：

通过恒电势电沉积和加热处理在泡沫镍基体上制备了Co₃O₄纳米片. 利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、 X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)等手段对纳米片的形貌和结构进行了表征. 采用线性伏安扫描和计时电流技术研究了Co₃O₄纳米片电极对H₂O₂的电还原性能. 结果表明, 在3.0 mol/L KOH 和 0.4 mol/L H₂O₂溶液中, 当电压为-0.4 V(vs. Ag/AgCl)时, 线性伏安扫描电流密度达到-0.386 A/cm², 在1000 s 测试时间内, 计时电流密度衰减很小, 表明Co₃O₄纳米片电极对H₂O₂具有很高的活性和稳定性.

关键词: 四氧化三钴, 纳米片, 电沉积, 过氧化氢, 电还原

Abstract:

Ni foam supported Co₃O₄ nanosheet(Co₃O₄/Ni foam) electrode was prepared by electrodeposition, followed by a thermal treatment in air. The nanosheet was characterized by scanning electron microscopy(SEM), transmission electron microscopy(TEM), X-ray diffraction(XRD), X-ray photoelectron spectrometry(XPS) and Fourier transform infrared spectrometry(FTIR). The catalytic performance of the obtained electrode for H₂O₂ electroreduction in KOH solution was evaluated by means of linear scan voltammetry and chronoamperometry. The results show a current density of 0.386 A/cm² in the solution containing 3.0 mol/L KOH and 0.4 mol/L H₂O₂ at -0.4 V(vs. Ag/AgCl). The chronoamperometric current densities remain nearly constant with a 1000 s test. The results indicate that Co₃O₄/Ni foam has considerable activity and stability for H₂O₂ electroreduction.

Key words: Co3O4, Nanosheet, Electrodeposition, H2O2, Electroreduction

中图分类号:

O646

TrendMD:

程魁, 杨帆, 闫鹏, 曹殿学, 殷金玲, 王贵领. Co₃O₄纳米片的制备及对H₂O₂电还原反应的催化性能. 高等学校化学学报, 2014, 35(1): 110.

CHENG Kui, YANG Fan, YAN Peng, CAO Dianxue, YIN Jinling, WANG Guiling. Preparation of Co₃O₄ Nanosheet Supported on Ni Foam and Its Catalytic Performance for H₂O₂ Electroreduction^†. Chem. J. Chinese Universities, 2014, 35(1): 110.

图/表 5

Fig.1 XRD patterns of Co3O4 nanosheet(a) and Co3O4(b)

Fig.2 SEM images of Ni foam supported Co3O4 nanosheet after calcined with different magnification(A—C) and green cobalt hydroxide precursor without calcination(D)

Fig.3 TEM(A) and HRTEM images(B) of Co3O4 nanosheet

Fig.4 XPS survey spectrum(A), Co2p XPS spectrum(B) and FTIR spectrum(C) of Co3O4 nanosheet

Fig.5 Cyclic voltammograms of Co3O4/Ni foam in 3.0 mol/L KOH at a scan rate of 50 mV/s(A), pola-rization curves for H2O2 electroreduction on the Co3O4/Ni foam electrode in different concentration of KOH+0.4 mol/L H2O2(scan rate: 10 mV/s)(B), in 3.0 mol/L KOH+different concentration of H2O2(scan rate: 10 mV/s)(C) and chronoamperometric curves for H2O2 electroreduction on the Co3O4/Ni foam electrode at different potentials in 3.0 mol/L KOH + 0.4 mol/L H2O2(D)

参考文献 25

[1]	Bewer T., Beckmann T., Dohle H., Mergel J., Stolten D., J. Power Sources, 2004, 125(1), 1—9
[2]	Franceschini E. A., Bruno M. M., Viva F. A., Williams F. J., Jobbágy M., Corti H. R., Electrochim. Acta, 2012, 71(1), 173—180
[3]	Cao D. X., Gao Y. Y., Wang G. L., Miao R. R., Liu Y., Int. J. Hydrogen Energy, 2010, 35(2), 807—813
[4]	Miley G. H., Luo N., Mather J., Burton R., Hawkins G., Gu L., Byrd E., Gimlin R., Shrestha P. J., Benavides G., Laystrom J., Carroll D., J. Power Sources, 2007, 165(2), 509—516
[5]	Yan X. L., Meng F. H., Xie Y., Liu J. G., Ding Y., Sci. Rep., 2012, 2(1), 941—947
[6]	Tartakovsky B., Guiot S. R., Biotechnol. Progr., 2006, 22(1), 241—246
[7]	Cao D. X., Chao J. D., Sun L. M., Wang G. L., J. Power Sources, 2008, 179(1), 87—91
[8]	Sun L. M., Cao D. X., Wang G. L., J. Appl. Electrochem., 2008, 38(10), 1415—1419
[9]	Tian Y. M., Lei T., Wang G. L., Cao D. X., Chem. J. Chinese Universities, 2011, 32(10), 2382—2386
	(田永梅, 雷婷, 王贵领, 曹殿学.高等学校化学学报, 2011,32(10), 2382—2386)
[10]	Wang G. L., Hao S. Y., Lu T. H., Cao D. X., Yin C. L., Chem. J. Chinese Universities, 2010, 31(11), 2264—2267
	(王贵领, 郝世阳, 陆天虹, 曹殿学, 尹翠蕾.高等学校化学学报, 2010,31(11), 2264—2267)
[11]	Gao Y. Y., Cao D. X., Wang G. L., Yin. C. L., Acta Phys. Chim. Sin., 2010, 26(1), 29—33
	(高胤义, 曹殿学, 王贵领, 尹翠蕾.物理化学学报, 2010,26(1), 29—33)
[12]	Huang Q. L., Chen H., Zhang Y. C., Chinese J. Inorg. Chem., 2010, 26(8), 1394—1398
	(黄庆利, 陈虎, 张永才.无机化学学报, 2010,26(8), 1394—1398)
[13]	Zeng W. W., Huang K. L., Yang Y. P., Liu S. Q., Liu R. S., Acta Phys. Chim. Sin., 2008, 24(2), 263—268
	(曾雯雯, 黄可龙, 杨幼平, 刘素琴, 刘人生.物理化学学报, 2008,24(2), 263—268)
[14]	Bozbag S.E., Erkey C., J. Supercrit. Fluid., 2012, 62(1), 1—31
[15]	Thanasilp S., Hunsom M., Renewable Energy, 2011, 36(6), 1795—1801
[16]	Gao Y. Y., Chen S. L., Cao D. X., Wang G. L., Yin J. L., J. Power Sources, 2010, 195(6), 1757—1760
[17]	Bai G. M., Dai H. X., Deng J. G., Liu Y. X., Wang F., Zhao Z. X., Qiu W. G., Au C. T., Appl. Catal., A, 2013, 450(1), 42—49
[18]	Feng X.Y., Shen C., Yu Y., Wei S. Q., Chen C. H. , J. Power Sources, 2013, 230(1), 59—65
[19]	Zhu X. J., Hu J., Dai H. L., Ding L., Jiang L., Electrochim. Acta, 2012, 64(1), 23—28
[20]	Jayaprakash N., Jones W. D., Moganty S. S., Archer L. A., J. Power Sources, 2012, 200(1), 53—58
[21]	Tan B. J., Klabunde K. J., Sherwood P. M. A., J. Am. Chem. Soc., 1991, 113(3), 855—861
[22]	Okamoto Y., Imanaka T., Teranishi S., J. Catal., 1980, 65(2), 448—460
[23]	Nassar M. Y., Mater. Lett., 2013, 94(1), 112—115
[24]	Shi P. H., Su R. J., Wan F. Z., Zhu M. C., Li D. X., Xu S. H., Appl. Catal., B, 2012, 123/124(1), 265—272
[25]	Wang G. L., Cao D. X., Yin C. L., Gao Y. Y., Yin J. L., Cheng L., Chem. Mater., 2009, 21(21), 5112—5118

Co₃O₄纳米片的制备及对H₂O₂电还原反应的催化性能

Preparation of Co₃O₄ Nanosheet Supported on Ni Foam and Its Catalytic Performance for H₂O₂ Electroreduction^†

RichHTML

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 5

参考文献 25

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价

[1]	范建玲, 唐灏, 秦凤娟, 许文静, 谷鸿飞, 裴加景, 陈文星. 氮掺杂超薄碳纳米片复合铂钌单原子合金催化剂的电化学析氢性能[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(9): 20220366.
[2]	李琳, 齐丰莲, 邱丽莉, 孟子晖. 基于六边形磁纳米片构建动态非晶态光学结构图案[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(8): 20220123.
[3]	杨丹, 刘旭, 戴翼虎, 祝艳, 杨艳辉. 金团簇电催化二氧化碳还原反应的研究进展[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(7): 20220198.
[4]	宋德文, 汪明旺, 王亚旎, 焦振梅, 宁汇, 吴明铂. 二氧化碳电还原制草酸研究进展[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(7): 20220248.
[5]	刘晓磊, 陆永强, 游淇, 刘国辉, 姚伟, 胡日茗, 闫纪宪, 崔玉, 杨小凤, 孙国新, 蒋绪川. 基于3-羟基沙利度胺的比率型荧光探针对过氧化氢的检测[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(6): 20220070.
[6]	杨丽君, 于洋, 张蕾. 双功能2D/3D杂化结构Co₂P-CeO _x 异质结一体化电极的构筑及电催化尿素氧化辅助制氢性能[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(6): 20220082.
[7]	冯丽, 邵兰兴, 李思骏, 全文选, 庄金亮. 超薄Sm-MOF纳米片的合成及可见光催化降解芥子气模拟剂性能[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(4): 20210867.
[8]	郑雪莲, 杨翠翠, 田维全. 全椅式边含薁缺陷石墨烯纳米片的二阶非线性光学性质[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(3): 20210806.
[9]	朱浩天, 金美秀, 唐文思, 苏芳, 李阳光. 过渡金属-联咪唑-Dawson型钨磷酸盐杂化化合物的酶固定化性能[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(11): 20220328.
[10]	徐欢, 柯律, 唐梦珂, 尚涵, 徐文轩, 张子林, 付亚男, 韩广东, 崔金声, 杨皓然, 高杰峰, 张生辉, 何新建. 液相剪切原位剥离蒙脱土纳米片增强高阻氧聚乳酸[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(11): 20220316.
[11]	徐晓龙, 方礼宁, 刘长宇, 刘敏超, 郏建波. Z型 g-C₃N₄/Pt/TiO₂纳米管阵列复合电极的制备及光电氧化甲醇性能[J]. 高等学校化学学报, 2021, 42(9): 2926.
[12]	徐梦祎, 黄雪雯, 李小杰, 魏玮, 刘晓亚. “串珠状”复合纳米组装体修饰丝网印刷电极构建的生物传感器[J]. 高等学校化学学报, 2021, 42(6): 1768.
[13]	陈峰, 程娜, 赵健伟, 宋易恬, 孙燕燕, 娄鑫梨, 童夏燕. 纳米颗粒银层的电沉积机理及SERS效应[J]. 高等学校化学学报, 2021, 42(6): 1891.
[14]	李健, 于明明, 孙源, 冯文华, 冯兆池, 吴剑峰. 水溶液pH对甲烷低温氧化制备甲醇的影响[J]. 高等学校化学学报, 2021, 42(3): 776.
[15]	李奇, 田杜, 陈韶云, 钟敏, 胡成龙, 陈建. 银纳米片在无纺布纤维上的可控组装及其SERS效应[J]. 高等学校化学学报, 2021, 42(3): 736.