聚吡咯-碳载Pd催化剂的制备及对甲酸的电催化氧化

通过低温氧化法在活性碳表面修饰聚吡咯(PPy-C), 并以PPy-C为载体制备了纳米Pd催化剂(Pd/PPy-C). 采用X射线衍射、扫描电镜、透射电镜等手段对载体PPy-C及催化剂Pd/PPy-C进行了表征, 电化学测试结果表明, Pd/PPy-C催化剂电极不但能够增强催化剂对甲酸催化氧化的活性, 而且还能够大幅度提高催化剂的稳定性, 因此以PPy-C为载体的Pd/PPy-C催化剂是一类具有潜在应用前景的直接甲酸燃料电池阳极催化剂. 通过分析电化学比表面随循环伏安次数的变化及多电势阶跃实验结果表明, 催化剂电极活性衰减的主要原因是载体被氧化及电极表面积累强吸附物种的结果.     

Preparation of Polypyrrole-Carbon Black Supported Pd Catalyst for Formic Acid Electrooxidation

通过低温氧化法在活性碳表面修饰聚吡咯（PPy-C）,并以PPy-C为载体制备了纳米Pd催化剂（Pd/PPy-C）.采用X射线衍射、扫描电镜、透射电镜等手段对载体PPy-C及催化剂Pd/PPy-C进行了表征,电化学测试结果表明,Pd/PPy-C催化剂电极不但能够增强催化剂对甲酸催化氧化的活性,而且还能够大幅度提高催化剂的稳定性,因此以PPy-C为载体的Pd/PPy-C催化剂是一类具有潜在应用前景的直接甲酸燃料电池阳极催化剂.通过分析电化学比表面随循环伏安次数的变化及多电势阶跃实验结果表明,催化剂电极活性衰减的主要原因是载体被氧化及电极表面积累强吸附物种的结果.     

磷钼酸（PMA）修饰炭载Pd催化剂对甲酸氧化的电催化性能

为了提高直接甲酸燃料电池（DFAFC）中炭载Pd（Pd/C）催化剂对甲酸氧化的电催化性能,用回流法制备了磷钼酸（PMA）修饰的炭载Pd（PMA-Pd/C）催化剂.并用谱学技术和电化学技术表征了催化剂的组分和结构,发现PMA通过化学作用而牢固地固定在Pd表面.由于PMA-Pd/C催化剂能抑制甲酸的自分解,因此,PMA-Pd/C催化剂对甲酸氧化的电催化性能优于Pd/C催化剂.     

超支化聚合物氮修饰Pd催化剂促进甲酸电催化氧化

通过原位聚合法制备了以超支化聚合物的氮修饰的PdN_x/C催化剂, 并考察了其催化甲酸电氧化反应的性能. 采用透射电子显微镜(TEM)、 X射线光电子能谱(XPS)和X射线衍射(XRD)等技术研究了氮的引入对催化活性组分Pd的形貌及表面电子形态的影响. 结果表明, 修饰氮后Pd纳米粒子粒径可稳定在2 nm, 并且保持了较高的分散度, 改善了表面Pd电子状态. 与Pd/C催化剂相比, 氮修饰的PdN₂₀/C用于甲酸电氧化的Pd单位质量比活性提高了10.9%.     

EDTA对活性炭的功能化处理及其对炭载Pd催化剂电催化性能的影响

采用乙二胺四乙酸(EDTA)对活性炭进行功能化处理, 研究了其对表面基团、炭载Pd 纳米粒子结构及Pd催化剂电催化性能的影响. 傅里叶变换红外(FTIR)光谱和X射线光电子能谱(XPS)表征表明, EDTA处理在炭表面引入了含氮基团. X射线粉末衍射(XRD)光谱、透射电镜(TEM)和电化学测试结果显示, 活性炭经EDTA处理后, 负载的Pd粒子粒径虽有所增大, 但由于炭载体与Pd粒子相互作用的增强, Pd利用率增加, 催化剂对甲酸氧化的活性和稳定性均显著提高. 电化学阻抗谱(EIS)分析进一步揭示, 甲酸在该催化剂电极上的电氧化反应具有较低的电荷传递电阻.     

用NH4F络合还原法制备的炭载Pd催化剂对甲酸分解的催化性能和甲酸氧化的电催化性能

直接甲酸燃料电池(DFAFC)的两大问题是炭载Pd(Pd/C)催化剂对甲酸氧化的电催化稳定性不好和Pd催化剂能催化甲酸分解。发现用NH4F络合还原法制备的NH4F修饰Pd/C催化剂对甲酸氧化的电催化活性要比Pd/C催化剂好大约20%,电催化稳定性也要稍优于Pd/C催化剂。在120 s内和30℃下,甲酸在Pd/C催化剂上分解产生38 mL气体,但在NH4F修饰Pd/C催化剂上基本上不分解,因此NH4F修饰主要能抑制Pd催化剂催化分解甲酸的能力,而且又能在一定程度上提高Pd/C催化剂对甲酸氧化的电催化性能。     

炭载体改性对炭载Pd催化剂电催化性能的影响

研究了硝酸和氨水改性处理对活性炭表面基团、炭载Pd纳米粒子的形态及其对甲酸氧化电催化性能的影响.傅里叶变换红外(FT-IR)光谱、X射线光电子能谱(XPS)及Boehm滴定结果表明,硝酸和氨水处理分别增加了活性炭表面含氧基团和含氮基团的含量.透射电镜(TEM)及电化学测试显示,活性炭经硝酸处理后,表面负载的Pd粒子粒径降低,催化剂对甲酸氧化活性和稳定性提高.进一步用氨水处理后,Pd粒子的粒径没有明显变化,但催化剂中Pd0的含量增加,催化剂性能进一步提高.     

不同状态Au对甲酸在Pd催化剂上电催化性能的影响

合成并比较了碳载Au(Au/C)、碳载Pd(Pd/C)、碳载高合金化Pd-Au(Pd-Au/C-T)和碳载非合金化Pd-Au(Pd-Au/C-H)催化剂对甲酸氧化的电催化活性和稳定性.结果表明,Au/C对甲酸氧化基本没有电催化活性,而Pd/C对甲酸氧化有较好的电催化性能,Au的加入能进一步提高Pd催化剂对甲酸氧化的电催化活性和稳定性,特别是Pd-Au/C-T对甲酸氧化的电催化活性和稳定性要好于Pd-Au/C-H,更远好于Pd/C催化剂.相关反应机理有待进一步揭示.     

浸渍法制备硅钨酸修饰的炭载钯催化剂电催化甲酸氧化

用浸渍的方法制备了硅钨酸（SiWA）修饰的炭载Pd(Pd/C-SiWA)催化剂。 计时电流曲线研究表明,在Pd/C和Pd/C-SiWA催化剂电极上,3000 s时的电流密度分别为0.013和0.082 A/mg,分别为10 s时电流密度的2.5%和14.1%。 结果表明,Pd/C-SiWA催化剂对甲酸氧化的电催化稳定性要远远优于Pd/C催化剂。 这是因为Pd/C催化剂上SiWA的修饰抑制了甲酸的自分解, 从而减小了CO的毒化作用,改进了Pd/C催化剂对甲酸氧化的电催化和稳定性。     

Pd/WO_3-RGO纳米催化剂对甲酸氧化的电催化性能

采用表面修饰技术将WO_3晶粒引入到氧化石墨烯(GO)表面,通过硼氢化钾还原法制备了载钯催化剂Pd/WO_3-RGO.对催化剂进行了结构和形貌表征,并考察了该催化剂对甲酸氧化的电催化性能.结果表明,Pd/WO_3-RGO催化剂由石墨烯、单斜态WO_3和立方面心Pd晶粒组成,Pd颗粒均匀分散在载体上;使用Pd/20%WO_3-RGO催化剂电极时的甲酸氧化最大峰电流密度大幅增加,是Pd/RGO催化剂电极甲酸氧化峰电流密度的2.5倍;Pd/WO_3-RGO催化剂稳定性大大增强,且具有更加优异的抗CO中毒能力;Pd晶粒与WO_3晶粒的相互交叠有利于它们之间的催化协同效应,增强催化剂的催化性能.     

Fabrication of Nitrogen‐Doped Mesoporous‐Carbon‐Coated Palladium Nanoparticles: An Intriguing Electrocatalyst for Methanol and Formic Acid Oxidation

Inspired by the attractive catalytic properties of palladium and the inert nature of carbon supports in catalysis, a concise and simple methodology for in situ nitrogen‐doped mesoporous‐carbon‐supported palladium nanoparticles (Pd/N‐C) has been developed by carbonizing a palladium dimethylglyoximate complex. The as‐synthesized Pd/N‐C has been exfoliated as a fuel cell catalyst by studying the electro‐oxidation of methanol and formic acid. The material synthesized at 400 °C,namely, Pd/N‐C‐400,exhibitssuperior mass activity and stability among catalysts synthesized under different carbonization temperaturesbetween300 and 500 °C. The unique 1D porous structure in Pd/N‐C‐400 helps better electron transport at the electrode surface, which eventually leads to about five times better catalytic activity and about two times higher stability than that of commercial Pd/C. Thus, our designed sacrificial metal–organic templatedirected pathway becomes a promising technique for Pd/N‐C synthesis with superior catalytic performances.     

电解液中的乙二胺四甲叉膦酸对甲酸在炭载Pd催化剂上电氧化性能的影响

利用X射线能量色散(EDS)谱、X射线衍射(XRD)谱、透射电子显微镜(TEM)和电化学等技术研究了在电解液中添加乙二胺四甲叉膦酸(EDTMP)对甲酸在Pd/C催化剂上电氧化性能的影响. 结果表明, 当EDTMP添加的浓度为0.5 mmol/L时, Pd/C催化剂对甲酸氧化的电催化活性和稳定性最好. 这主要归结于吸附在Pd/C催化剂表面的EDTMP不但能通过基团效应降低CO的吸附量, 还能抑制Pd/C催化剂催化甲酸分解的速率, 从而减少了CO的毒化作用. 但当EDTMP的浓度大于0.5 mmol/L时, 吸附过多的EDTMP反而会占据Pd的活性位点, 降低催化作用.     

碳载PdPb催化剂的制备及对甲酸氧化的电催化性能

采用液相还原共沉积法制备出高活性纳米电催化剂PdPb/C, 研究发现, 碳载Pd催化剂中加入Pb能够提高催化剂对甲酸的电氧化活性, 并改变甲酸氧化的反应机理. 少量Pb的加入能够提高催化剂中活性粒子的分散度, 且大幅度提高催化剂对甲酸氧化的电催化活性. 当催化剂中Pd与Pb的质量比为8: 1时, 对甲酸的电氧化活性最高, 峰电流密度约为Pd/C催化剂上的180%; 而当Pd与Pb的质量比为2: 1时, 催化剂对甲酸氧化的稳定性最好.     

硅钨酸修饰碳载Pd催化剂对甲酸氧化的电催化性能

用络合还原法合成了用作直接甲酸燃料电池(DFAFC)中阳极碳载Pd(Pd/C)催化剂, 并研究了电解液中的硅钨酸(SiWA)对甲酸在Pd/C催化剂电极上氧化的促进作用. 结果表明, SiWA不但能提高Pd/C催化剂对甲酸氧化的电催化活性, 而且能增加电催化稳定性. 这种促进作用与SiWA浓度有关. 当SiWA浓度为0.40 g·L-1时, 促进作用最佳. 当SiWA浓度大于0.40 g·L-1时, 由于过多的SiWA吸附在Pd/C催化剂上而覆盖了部分Pd活性位点, 反而会降低促进作用. 另外, 由于SiWA在Pd/C催化剂上的吸附, 降低了CO的吸附量, 提高了Pd/C催化剂对甲酸氧化的电催化稳定性, 也促进了甲酸通过直接途径氧化.     

核壳结构C@WC载体的制备及Pd/C@WC催化剂对甲酸的电催化氧化

以活性碳为碳源,在碳表面原位生成碳化钨包覆的核壳结构的碳基材料(C@WC)。 TEM结果表明,制备的C@WC是具有核壳结构的碳材料,且WC中也有少量单质W。 BET比表面测量结果表明,C@WC较活性碳比表面小,但具有更多的介孔结构。 以C@WC为载体制备的Pd/C@WC催化剂电极的电化学比表积较大,为65.47 m2/g。 Pd/C@WC对甲酸的电催化氧化活性较高,氧化峰电流密度为0.222 A/cm2,比Pd/C电极上的氧化峰电流密度增加了0.128 A/cm2。 多周期循环伏安曲线的结果也表明,Pd/C@WC催化剂电极比Pd/C具有更高的活性和稳定性。     

Preparation of Ultrafine and High Dispersion Pd/C Catalyst and Its Electrocatalytic Performance for Formic Acid Oxidation

A carbon supported Pd(Pd/C) catalyst used as the anodic catalyst in the direct formic acid fuel cells(DFAFC) was prepared via the improved complex reduction method with sodium ethylenediamine tetracetate(EDTA) as stabilizer and complexing agent.This method is very simple.The average size of the Pd particles in the Pd/C catalyst prepared with the improved complex reduction method is as small as about 2.1 nm and the Pd particles in the Pd/C catalyst possess an excellent uniformity.The Pd/C catalyst shows a high electrocatalytic activity and stability for the formic acid oxidation.     

碳纳米管载Pd-Au催化剂的合成及其对甲酸氧化的电催化性能

将萘-1-亚甲基膦酸通过π-π堆积作用修饰在多壁碳纳米管(MWCNT)上,然后制备了MWCNT载Pd(Pd/MWCNT)催化剂。 利用Pd和HAuCl4间的置换反应制得MWCNT载Pd-Au(Pd-Au/MWCNT)催化剂。 透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)和X射线衍射光谱(XRD)测试结果显示,非合金化的Pd-Au纳米粒子均匀分布在MWCNT表面。 循环伏安和计时电流测试显示,非合金化Pd-Au/MWCNT催化剂对甲酸氧化的电催化活性以及稳定性优于Pd/MWCNT催化剂。     

Preparation of Pd/C catalyst for formic acid oxidation using a novel colloid method

A novel colloid method using (WO₃)_n·xH₂O as colloidal source was developed to prepare Pd/C catalyst for formic acid oxidation. Transmission electron microscopy image shows that the Pd/C nanoparticles have an average size of 3.3 nm and a narrow size distribution. Electrochemical measurements indicate that the Pd/C catalyst exhibits significantly high electrochemical active surface area and high catalytic activity with good stability for formic acid oxidation compared with that prepared by common method. The colloid method is very simple and has great potentials for mass-producing Pd/C and others noble metal catalysts.