镍在MWNTs上电沉积作为高效CO2RR催化剂的前景

电化学还原二氧化碳（CO2RR）是一种极具前景的技术，能有效缓解全球变暖问题，并满足日益增长的化学品需求。与其他方法如热化学还原或光化学还原相比，CO2RR在环境条件下即可高效运行。其核心优势在于使用水作为还原剂来源，避免了氢气（H₂）储存和运输的难题。近年来，镍在多壁碳纳米管（MWNTs）上电沉积形成的催化剂（Ni/MWNTs），因其优异的催化性能而受到关注。在Siming Huo等人的研究中，采用电沉积法合成Ni/MWNTs催化剂，为CO2RR提供了新思路。

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干燥时间对催化剂性能的影响​

在Ni/MWNTs的制备过程中，电沉积后的干燥时间是关键优化参数。实验显示，干燥时间直接影响催化剂的活性。具体来说，干燥60分钟的样品表现出最高的电流密度，而干燥时间较短的样品活性较低。例如，Ni/MWNTs-50-1-60和Ni/MWNTs-50-1-90样品因活性相似，其曲线在测试中重叠。值得注意的是，在-1.73V处的平台现象是由检测器测试限制引起的（通过RRDE面积归一化后为-14.1315 mA/cm²）。这表明，优化干燥时间能显著提升CO2RR效率。

图1 受电沉积后干燥时间的影响，电流密度由RRDE面积归一化

金属负载的优化与性能对比​

镍负载量是另一个关键因素，通过调整电解液中Ni²⁺浓度来实现不同负载水平。实验中，样品在电沉积前干燥30分钟，并在100、50和25 μmol/L Ni²⁺电解液中处理，分别得到Ni/MWNTs-100-1、Ni/MWNTs-50-1和Ni/MWNTs-25-1样品。电沉积后，样品经去离子水洗涤并在空气中干燥60分钟。结果显示，Ni/MWNTs-50-1样品性能最佳，这归因于其表面形成的小镍簇结构，增强了反应活性。相反，较高镍负载（如Ni/MWNTs-100-1）会导致镍颗粒聚集，降低CO2RR效率。与Ni/MWNTs-25-1相比，Ni/MWNTs-50-1的镍含量更优，活性更强。为验证CO2RR贡献，在0.1 mol/L NaHCO₃溶液中进行了Ar清除测试（参考测试），结果显示Ni/MWNTs-50-1的电流密度主要源于CO2RR反应，证实了其高效性。

图2 不同金属负载下Ni/MWNTs的CO₂RR性能

结论与前景展望​

本研究表明，电沉积后干燥时间对镍的氧化态至关重要（高氧化态利于CO2RR），而小镍团簇比大纳米颗粒更能提升电流密度。镍在MWNTs上电沉积不仅优化了催化剂合成工艺，还为电催化CO₂转化提供了高效路径。未来，通过进一步调控沉积参数，这种方法有望在工业级CO2RR应用中发挥更大作用。

参考文献：[1] Huo S, Lu J, Wang X. Electrodeposition of Ni on MWNTs as a promising catalyst for CO2RR. Energy Sci Eng. 2021; 9: 1042–1047. https://doi.org/10.1002/ese3.889

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