Vali-e-Asr University–MgCo2O4在还原氧化石墨烯上的分级纳米结构作为甲醇电氧化的高性能催化剂

一种花状的二元过渡金属氧化物，以MgCo2O4的形式被成功合成，并通过 XRD 和拉曼光谱以及 SEM 和 TEM 进行了研究。制备了MgCo2O4与还原氧化石墨烯 (rGO) 的混合物，以区分富含 rGO 和不含 rGO 的催化剂，以用于直接甲醇燃料电池 (DMFC) 阳极（甲醇电氧化工艺）的潜在应用。由于镁和钴氧化物的接近，以及它们在 rGO 上的杂化，产生的协同效应使 MgCo2O4-rGO成为 DMFC 应用中阳极电极的高效低成本催化剂。EIS、CV、LSV 测试和MgCo2O4-rGO在2000个连续CV循环中的循环稳定性证实了 rGO 在催化剂结构中的关键作用。最后，单电池测试表明我们提出的催化剂适用于 DMFC 的实际应用。事实上，单电池极化图显示，与基于 MgCo2O4 的阳极（11 mW cm^-2）相比，基于MgCo2O4-rGO的阳极的单电池功率密度（19 mW cm^-2）显着提高。

Figure 1. 花状MgCo2O4 (a)、rGO纳米片 (b) 和MgCo2O4-rGO (c) 的SEM图像、MgCo2O4-rGO的EDX图谱 (d) 和MgCo2O4 (e) 和MgCo2O4-rGO (f) 的TEM图像。

Figure 2. (a) 碳布、MgCo2O4和MgCo2O4-rGO在2 M KOH下的CV曲线；(b) 不同甲醇浓度下和（c）在不同扫描速率下，MgCo2O4-rGO的CV曲线（插图是电流密度与扫描速率的平方根）；(d) 以及MgCo2O4和MgCo2O4-rGO在 1 M 甲醇和 2 M KOH 溶液中CV 曲线的比较。

Figure 3. MgCo2O4-rGO在不同温度下的 LSV 曲线 (a)、电流密度对温度 (b)；MgCo2O4-rGO在不同温度下的 EIS 图 (c) 以及相关等效电路（d）。

Figure 4. MgCo2O4-rGO的第 1 次和第 2000 次 CV 循环 (a)，MgCo2O4-rGO的电流密度与循环次数 (b)，以及MgCo2O4和MgCo2O4-rGO催化剂的 LSV 曲线 (c) 和相关的 Tafel 图。

Figure 5. MgCo2O4和MgCo2O4-rGO在 0.35 V 恒定电位下 2000 s 的计时电流曲线 (a)，以及基于单电池的MgCo2O4和MgCo2O4-rGO阳极，在1 M 甲醇中的极化曲线 (b)。

相关研究成果于2021年由Vali-e-Asr University of Rafsanjan的Parisa Salarizadeh课题组，发表在Ceramics International（https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2021.02.182）上。原文：Hierarchical nanostructures of MgCo₂O₄ on reduced graphene oxide as a high-performance catalyst for methanol electro-oxidation。