钯微粒修饰聚苯胺电极对甲酸氧化的电催化研究

有机小分子的燃料电池具有重要的应用前景,人们对它在贵重金属上的电催化氧化进行了大量研究。Pd具有不同于其它贵重金属的特性,在甲酸氧化中表现出与其它金属不同的电催化机理。Gholamian报道了将Pt微粒修饰聚苯胺电极对甲酸氧化的电催化研究,我们发现以多聚磷酸作为支持电解质所聚合的聚苯胺(PAN)再修饰金属原子方面具有其独特之处,并且用Pt进行再修饰之后对甲酸氧化的催化活性明显高于文献[4]的报道。因此本实验选用多聚磷酸为支持电解质电聚合苯胺,然后将钯微粒嵌入沉积到PAN中,并研究其对甲酸氧化的电催化作用。     

电催化甲酸氧化中钯微粒与聚苯胺的相互作用

采用电化学、ＸＰＳ和拉曼光谱研究钯微粒修饰聚苯胺（ＰＡＮ（Ｐｄ）电极对甲酸氧化的电催化行为。由于钯与ＰＡＮ的相互作用，钯微粒在所研究的电位区间可稳定地固定于ＰＡＮ中，且甲酸在钯上的氧化明显地抑制ＰＡＮ的氧化降解，使ＰＡＮ（Ｐｄ）电极电催化甲酸氧化反应具有高的稳定性和活性。     

聚苯胺对钯催化甲酸电氧化反应的促进作用

钯基纳米材料是甲酸电氧化反应的优良催化剂.本工作制备了两个系列钯基催化剂,并考察了聚苯胺对钯上甲酸电氧化反应的助催化作用.一种是以聚苯胺为基底,在其表面电沉积钯纳米粒子,制得nPANI/Pd催化剂(n表示聚合苯胺的循环数);另一种是直接在商业Pd/C催化剂表面电聚合苯胺,制得Pd/C/nPANI催化剂.结果显示,聚苯胺单独存在时对甲酸电氧化反应没有催化活性,但其可对钯上甲酸电氧化反应呈现明显的促进作用,且促进作用与聚苯胺的厚度(聚合循环数)密切相关.在两个系列催化剂中,15PANI/Pd和Pd/C/20PANI显示出最高的催化性能.15PANI/Pd中钯的质量比催化活性是纯钯催化剂的7.5倍; Pd/C/20PANI中钯的质量比催化活性和本征催化活性分别是商业Pd/C催化剂的2.3和3.3倍.钯催化性能的提升与聚苯胺和钯纳米粒子间的电子效应有关.     

载钯聚苯胺/聚砜复合膜修饰电极对甲酸的电催化氧化

采用电化学聚合法在铂电极表面制备了三维网状结构的聚苯胺(PAN)/聚砜(PSF)复合膜,并以此为载体制备了Pd/PAN/PSF复合膜电极,并用扫描电子显微镜对复合膜的微观形貌进行了表征。结果显示,此复合膜具有双层多孔结构,Pd纳米粒子在复合膜上平均粒径小、分散性好,有效地改善了Pd粒子的分散度和电极结构。电化学测试结果表明,Pd/PAN/PSF复合膜修饰电极对甲酸的电催化性能明显优于直接电沉积Pd的聚苯胺电极,并且表现出较高的稳定性。     

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。     

石墨烯的制备及石墨烯载Pd催化剂对甲酸的电催化氧化

以纳米石墨为原料,用两种方法分别制得石墨烯GN-1和GN-2。结果表明,用两种方法制备的石墨烯比表面积比纳米石墨都有显著增加。两种方法制备的石墨烯GN-1和GN-2形貌不同,孔径分布也有很大的差异。分别以两种方法制备的石墨烯为载体制备了Pd催化剂Pd/GN-1和Pd/GN-2。Pd/GN-1和Pd/GN-2催化剂的电化学比表面积分别为34.66和71.25 m2/g。这两种催化剂对甲酸的电催化氧化活性都较纳米石墨作载体制备的催化剂Pd/G有显著的提高,甲酸在Pd/GN-1和Pd/GN-2催化剂上的氧化峰电流密度分别为66.0和95.8 mA/cm2。两种催化剂对甲酸的氧化都有很好的稳定性。     

炭载Pd-P催化剂对甲酸氧化的电催化性能

用黄磷作原料,制备了具有不同Pd-P原子比的碳载Pd-P(Pd-P/C)催化剂,并且使用X射线衍射(XRD)和能量色散X射线光谱仪(EDX)等手段对制备的催化剂进行了表征,总结了P含量对Pd-P合金纳米粒子的粒径和晶体结构的影响。电化学测试结果表明,甲酸在Pd/C、Pd₁P₆/C 和Pd₁P₈/C催化剂上,氧化峰峰电位由低到高依次为Pd₁P₆/C ﹤Pd₁P₈/C﹤Pd/C,电化学稳定性顺序为Pd₁P₆/C >Pd₁P₈/C>Pd/C,Pd₁P₆/C 催化剂对甲酸氧化的催化性能最佳,适量的P掺杂能够增强Pd/C催化剂对甲酸氧化的电催化活性和稳定性,因此,Pd-P/C催化剂是一类具有应用前景的直接甲酸燃料电池(DFAFC)阳极催化剂。     

钌钛复合氧化物载Pd催化剂的制备及对甲酸氧化的电催化性能

用TiN浸渍热分解法制备了不同摩尔比的钉钛复合氧化物(Rux Ti1-x O2)纳米粉体,并以此为载体,用微波还原法制备了用作直接甲酸燃料电池(DFAFC)阳极催化的钯催化剂(Pd/Rux Ti1-x O2,Pd的质量分数20%).X射线能谱(EDS)、X射线衍射(XRD)和透射电镜(TEM)测试结果表明,Pd纳米颗粒...     

甲酸在钯微粒修饰聚苯胺电极上氧化的协同效应研究

Electrochemical oxidation of formic acid on PAN(Pd) electrode has been studied using conventional electrochemical techniques and the electrochemical in-situ FTIR. The process of electrochemical oxidation of PAN(Pd) electorde has been put forward. The kinetic parameters of different thickness of PAN film such as diffusion coefficient (D0) and reaction rate constant(k0) have been calculated. Furthermore, the causes of the difference between PAN(Pd) and pure Pd(or Pt) electrodes as well as the high electrocatalytic activation of PAN(Pd) electrode for oxidation of fomic acid have also been discussed. The high catalytic activation of PAN(Pd) electrode for oxidation of formic acid probably comes from the synergistic effect of the subcatalytic interaction of PAN and the catalytic interaction of the palladium microparticles.     

聚苯胺-改性木质素磺酸钠复合材料基活性炭负载Pd催化剂对甲酸氧化的催化性能

将聚苯胺/改性木质素磺酸钠复合材料在不同炭化温度下进行处理得到活性炭材料,利用红外光谱、拉曼光谱、比表面积分析和扫描电镜等手段对其结构和表面性质进行了表征。通过液相还原方法将Pd纳米颗粒负载在所制备的活性炭材料上,获得Pd/C催化剂用于甲酸氧化,并采用X射线衍射、透射电镜和电化学测试等方法对该Pd/C催化剂进行表征。结果表明,以800℃下炭化得到的活性炭材料为载体所制备的Pd-AC800催化剂其催化性能最优;Pd粒径为5.4 nm,电化学活性面积为53.78 m²/g。由于在该催化剂上甲酸氧化通过直接途径进行,Pd-AC800可用作直接甲酸燃料电池的催化剂。     

中空介孔碳化钨微球载钯催化剂对甲酸电催化性能

采用喷雾干燥法和还原炭化处理制备具有中空介孔结构的碳化钨钴复合粉(HTCCS),其中,钴的质量含量为6%。在碳化钨钴复合粉表面的钴和氯化钯发生置换反应,得到纳米Pd/WC复合催化剂。采用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)对样品的形貌和晶型结构进行了表征。结果表明, 5.0-6.0nm钯纳米粒子取代钴均匀分布在碳化钨微球表面。采用循环伏安和计时电流法研究了在酸性溶液中Pd/WC催化剂对甲酸的电催化氧化性能,结果表明,Pd/WC催化剂比Pd/C催化剂对甲酸呈现出更高的电催化氧化活性和稳定性。     

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.     

CeO_2修饰炭载体负载PdPt二元合金催化剂及其在甲酸氧化电催化中的应用

用CeO2修饰炭粉做载体,使用有机溶胶法还原PdPt二元合金的方法制备了一系列PdPt/CeO2-C催化剂.借助电化学测试,探讨催化剂中不同Pd与Pt原子比例的PdPt二元合金和不同含量的CeO2对于甲酸电氧化催化活性的影响.不断减少PdPt合金中Pt的比例可以促使甲酸氧化的起始电位前移,当Pd：Pt=15：1时氧化电流出现极值;同时,随着催化剂中CeO2含量的增加,催化剂对于HCOOH氧化的电流密度增加,当含量为15%时达到最大值.相对于Pd/C催化剂,在Pd15Pt1/15CeO2-C催化剂表面的甲酸氧化反应起始电位负移至少0.1V,氧化的电流密度提高60%以上.结合X射线衍射（XRD）,X射线光电子能谱（XPS）,透射电镜（TEM）和热重（TG）等测试数据可以发现,当极少量的Pt与Pd形成合金,Pt与Pd之间产生电子效应,使得合金表面HCOOH氧化的过电位降低;而CeO2的添加不仅有助于PdPt二元合金的分散,更有可能改变甲酸在PdPt表面的氧化反应路径,发挥双功能机理.     

Enhanced electro-oxidation of formic acid by a PdPt bimetallic catalyst on a CeO2-modified carbon support

PdPt bimetallic catalysts that employ CeO2-modified carbon black as a support have been prepared using an organic colloidal method.PdPt/CeO2-C shows excellent performance toward the anodic oxidation of formic acid.The effects of varying both Pd to Pt ratio and CeO2 content have been investigated.The optimal Pd to Pt atomic ratio is 15,indicating that addition of small amounts of Pt can significantly enhance the activity of the catalyst.When the CeO2 content in the catalyst reaches as high as ～15 wt.%,the catalyst shows the maximum activity.Adding CeO2 not only enhances the catalytic activity of the material,but may also change the mechanism of its catalysis of the anodic oxidation of formic acid.Pd15Pt1/15CeO2-C exhibited 60% higher activity than Pd/C,and had a negative shift in onset potential of more than 0.1 V.Based on characterization by X-ray diffraction,X-ray photoelectron spectroscopy,thermogravimetric analysis and transmission electron microscopy,the interactions between the components are revealed and discussed in detail.     

Carbon-supported PdSn nanoparticles as catalysts for formic acid oxidation

Pd and PdSn nanoparticles supported on Vulcan XC-72 carbon are prepared by a microwave-assisted polyol process. The catalysts are characterized by transmission electron microscopy (TEM), X-ray diffraction (XRD), linear sweeping voltammetry, and chronoamperometry. The results show that the Pd and PdSn nanoparticles, which are uniformly dispersed on carbon, are 2–10 nm in diameters. All Pd/C and PdSn/C catalysts display the characteristic diffraction peaks of a Pd face-centered cubic (fcc) crystal structure. It is found that the addition of Sn to Pd can increase the lattice parameter of Pd (fcc) crystal. The PdSn/C catalysts have higher electrocatalytic activity for formic acid oxidation than a comparative Pd/C catalyst and show great potential as less expensive electrocatalyst for formic acid electrooxidation in DFAFCs.     

Dehydrogenation activity and structure of polyaniline supported heteropolyacid catalysts

Polyaniline(PAN) supported H₆P₂W₁₈O₆₂(PW) , H₃PMo₁₂O₄₀ (PMo) and H₄PMo₁₁VO₄₀(PMoV) catalysts were prepared and their activities for hexanol conversion were tested. IR, XRD, ICP and SEM measurements proved that the heteropolyacids (HPA) could be supported on this type of polymer. The PAN supported HPA catalysts exhibit higher redox activities and low acid-base activities for the hexanol conversion. The redox activities increase with increasing amount of the heteropolyacid. Substitution of Mo ion by V ion results in an increase of redox activities of the catalysts. This revised version was published online in June 2006 with corrections to the Cover Date.