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碳化鈦基納米復(fù)合材料因其獨特的電子結(jié)構(gòu)與催化特性，在清潔能源領(lǐng)域展現(xiàn)出重要應(yīng)用潛力。本研究通過溶膠-凝膠法制備金納米顆粒修飾的碳化鈦復(fù)合材料，系統(tǒng)考察其微觀結(jié)構(gòu)與電催化性能。SEM與XRD表征證實材料具有高純度單相結(jié)構(gòu)和均勻納米形貌，電化學(xué)測試顯示該材料在1M KOH電解液中表現(xiàn)出優(yōu)異的氧還原反應(yīng)（ORR）活性。相較于傳統(tǒng)鉑電極，其峰電位僅低0.232V，但具有更高的電流密度（-0.12V時達23.5mA/cm?）與循環(huán)穩(wěn)定性。本研究為開發(fā)高效非貴金屬電催化劑提供了新的材料體系與合成策略。

關(guān)鍵詞：碳化鈦   納米復(fù)合材料   溶膠-凝膠法   電催化   氧還原反應(yīng)

實驗方法

1.材料與設(shè)備

鈦酸四丙酯（TPT，Sigma-Aldrich，純度99.9%）、氯金酸鈉、聚乙二醇（PEG-4000）、硼氫化鈉（NaBH4，國藥集團）。使用JEOL JSM-7800F場發(fā)射掃描電鏡、Rigaku SmartLab X射線衍射儀、CHI760E電化學(xué)工作站進行表征。

2.制備流程

前驅(qū)體制備：將0.25g TPT溶于8mL乙醇，加入0.5mL PEG作為分散劑，磁力攪拌30min形成透明溶膠A；將0.02g HAuCl4溶于1mL乙醇，超聲分散后加入10mL去離子水得溶液B

原位還原：將溶膠A與溶液B以3:1體積比混合，逐滴加入1mL新制NaBH4溶液（0.1M），持續(xù)攪拌形成深棕色凝膠

熱解成型：凝膠經(jīng)85℃真空干燥24h后，置于管式爐中氬氣保護下500℃煅燒2h，升溫速率5℃/min。

結(jié)論

本研究成功構(gòu)建了TiC/Au納米復(fù)合催化劑，通過微觀結(jié)構(gòu)調(diào)控與界面工程策略，實現(xiàn)了ORR活性與穩(wěn)定性的協(xié)同提升。實驗證實該材料具有1.25×10?? mA/cm?·cycle的耐久性指標(biāo)，在金屬-空氣電池領(lǐng)域展現(xiàn)出良好應(yīng)用前景。后續(xù)研究將重點優(yōu)化金屬-載體電子相互作用機制，并開展膜電極組件層面的性能驗證。