采用简易方法合成直接乙醇固体氧化物燃料电池海胆状Pd催化层

在室温下,通过电位置换反应在固体氧化物燃料电池的Ni-YSZ(钇掺杂氧化锆)阳极表面制备海胆状Pd催化层。该催化层的结构和性能通过SEM、XRD和电化学等表征手段进行表征。结果表明,三维纳米花状Pd催化剂是由在Ni-YSZ阳极表面形成的多条纳米棒有序的组合而成。通过在Ni/YSZ阳极表面引入该催化层,相比与传统Ni-YSZ阳极,燃料电池的最高功率和稳定性都获得了很大的提升。该研究表明,电位置换反应是一种很高效的在传统Ni-YSZ阳极表面制备纳米抗积炭的功能层的方法。     

Pd纳米晶的调控合成及其在燃料电池中的应用

贵金属Pd纳米晶体的催化性能与其表面结构有着密切联系。基于目前Pd多面体纳米晶体可控合成技术的发展,Pd纳米晶体催化性能的进一步优化及其在催化领域的应用前景依然广阔。本文主要阐述了关于Pd多面体纳米晶的制备及其作为电催化剂在燃料电池中应用的最新研究进展。在介绍纳米晶体的生长机理及其表面结构与晶体形状的关系之后,重点描述了Pd多面体纳米晶体常见的几种制备方法,概述了Pd多面体纳米晶体作为催化剂在燃料电池阴极和阳极中的应用。最后总结展望了Pd多面体纳米晶体作为催化剂的研究方向及其发展前景。     

单层分散型Pd/Ni双金属催化剂的制备及其催化加氢性能

通过置换反应制备了Pd/Ni双金属催化剂,利用X射线衍射、CO化学吸附和吸附H2的程序升温脱附对其进行了表征,并测定了该催化剂对环己烯、苯乙烯和丙酮气相加氢反应的催化性能.结果发现,在这种催化剂中Pd原子单层分散在金属Ni的表面,因而该催化剂表现出比浸渍法制备的相同Pd含量的Pd/Ni-im和Pd/-γAl2O3催化剂更高的催化加氢活性.     

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.     

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.     

柔性Pd@PANI/rGO纸阳极在甲醇燃料电池中的应用

利用脉冲电压法在自组装制得的柔性石墨烯纸表面聚合聚苯胺,以该复合材料作为甲醇燃料电池的阳极电极基体,采用循环伏安法在其表面电沉积纳米Pd制备出无需外加粘接和支撑的催化电极。通过扫描电子显微镜、X射线光电子能谱和红外光谱分析该材料的表面形貌和化学组成,并通过电化学测试该电极在甲醇氧化过程中的催化性能。结果表明,该阳极材料柔韧性好,原料利用率高,聚苯胺在石墨烯纸表面分散良好,形貌均一,聚苯胺的存在提高了催化剂的催化效率,使得甲醇的氧化峰电流密度从3 mA·mg~(-1)提高到67 mA·mg~(-1),且延长了催化剂的使用寿命,正向与反向扫描的阳极峰值电流密度的比值(jf/jb值)达到5.7。     

聚芳醚三乙酸铵树枝分子保护的Pt、Pd纳米粒子的制备及催化性能

以聚芳醚三乙酸氯化铵树枝分子为稳定剂在乙醇水溶液中制备了金属Pt和Pd纳米粒子。通过UV-Vis、IR、TEM和XRD等方法对纳米粒子进行了表征。聚芳醚三乙酸氯化铵树枝分子根部3个乙酸基基团与金属纳米粒子表面原子间具有较强的相互作用，以其为稳定剂制备的Pt和Pd金属纳米粒子在溶胶中及反应过程中均表现出很好的稳定性。以间苯氧基苯甲醛催化加氢反应为模型反应，研究了Pt和Pd金属纳米粒子的催化反应性能。以Pt金属纳米粒子为催化剂，在常压，40 ℃下反应12 h，间苯氧基苯甲醛加氢转化率大于99％，在相同反应条件下Pt金属纳米粒子的催化加氢活性高于Pd金属纳米粒子。     

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（英文）

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 m~2/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。     

Pd/Ni异结构纳米催化剂的制备及其对甲酸氧化的电催化

通过两步还原法制备了Pd/Ni双金属催化剂.由于金属Pd原子在先行还原的Ni纳米粒子表面的外延生长以及其在Ni表面及Pd表面生长表现出的吉布斯自由能差异,最终导致了异结构Pd/Ni纳米粒子的形成.高分辨电子透射显微镜结果证实了异结构的存在,然而X射线衍射测量表明Pd/Ni纳米粒子具有类似于Pd的面心立方结构.制备的Pd/Ni纳米粒子与同等条件下合成的Pd纳米粒子相比对甲酸氧化呈现了更高的电催化活性,而且电催化稳定性也要明显优于纯Pd纳米粒子,证明Pd/Ni双金属催化剂是可选的直接甲酸燃料电池阳极催化剂.双金属催化剂对甲酸氧化电催化活性和稳定性增强可能是Ni原子的修饰改变了Pd粒子表面配位不饱和原子的电子结构所致.     

钯纳米晶体在电催化甲酸氧化反应中的形貌效应

本文基于课题组前期工作,选用适当的金属前驱物、还原剂、稳定剂和保护剂,通过调控氧化刻蚀和反应动力学等,成功合成了形貌和尺寸均不相同的Pd纳米晶.经过认真的纳米粒子清洗和电极修饰组装,考察了它们在电催化甲酸氧化反应中的形貌与性能的关系.研究结果表明,Pd纳米晶样品的最大电流密度以纳米八面体（nanooctahedra）、纳米线（nanowires）、纳米立方体（nanocubes）、纳米瓜子（nanotapers）、凹面纳米立方体（concave nanocubes）的顺序递增,催化甲酸氧化反应的起始氧化电位均小于0.2V.研究结果印证了Pd纳米晶催化甲酸氧化反应的催化性能在尺寸效应上主要受活性表面积的影响,扣除表面积效应后的催化性能与其尺寸没有明确关系.该系列Pd纳米晶的催化性能主要取决于其表面结构,得出Pd纳米晶催化甲酸氧化反应遵循{111}晶面〈{100}晶面〈高指数晶面的性能活性顺序.综合最大电流密度和最小操作电位因素发现,Pd凹面纳米立方体和Pd纳米瓜子具有相对较好的商用价值.     

Pt纳米粒子/Pd纳米线复合材料对乙醇的电催化氧化研究

采用恒电位法在多孔阳极氧化铝模板中电沉积Pd纳米线阵列,再运用循环伏安法在Pd纳米线阵列表面沉积Pt纳米粒子制备出复合纳米材料电极。运用循环伏安法和计时电流法研究了该复合纳米材料电极对乙醇的电催化性能的影响。结果表明,Pt纳米粒子/Pd纳米线复合电极相比于单独的Pd纳米线电极或Pt纳米粒子电极,对乙醇氧化有更高的电催化活性和很好的稳定性。     

乙醇在Ni-ZnO-ZrO_2-YSZ阳极SOFC上的发电性能

为考察乙醇用于固体氧化物燃料电池的可行性,用柠檬酸溶胶-凝胶制备阳极催化材料Ni-ZnO-ZrO2,利用机械混合法制备Ni-ZnO-ZrO2-YSZ(Y2O3稳定的ZrO2)阳极。用涂覆法,在YSZ电解质上,制备了Ni-ZnO-ZrO2-YSZ/YSZ/LSM(La0.85Sr0.15MnO3)与Ni-YSZ/YSZ/LSM的单体电池。在不同蒸发器操作温度、电池操作温度和乙醇蒸气流量下,以乙醇为燃料进行发电实验,对两种阳极的电池发电性能进行比较。实验结束后,用SEM检测了两种电池阳极的表面。结果表明,Ni-ZnO-ZrO2-YSZ阳极SOFC的电池输出性能明显高于Ni-YSZ阳极,且Ni-ZnO-ZrO2-YSZ阳极具有较好的抗积炭能力。     

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。     

镁铝复合金属氧化物负载纳米Pd催化剂的制备及其在醇胺一步合成亚胺反应中的应用

以共沉淀法制备的Pd2+掺杂水滑石为前驱体,通过焙烧、还原得到了镁铝复合金属氧化物负载纳米Pd催化剂.利用X射线粉末衍射(XRD),X射线光电子能谱(XPS),场发射透射电子显微镜(TEM)等手段对催化剂进行表征,发现通过Pd2+掺杂水滑石为前驱体制备的复合金属氧化物负载纳米Pd催化剂,可以实现Pd纳米颗粒(3.6 nm)在镁铝复合氧化物表面的均匀分散.该催化剂在催化苯甲醇和苯胺一步法合成N-苄叉苯胺时,在温和的反应条件下表现出良好的催化性能以及对N-苄叉苯胺较高的选择性,产物收率99%.在循环实验过程中,催化剂表现出较好的稳定性,并且催化活性未见下降.     

电位置换反应在空心结构Pt基燃料电池纳米催化剂中的研究进展

Pt基催化剂是质子交换膜燃料电池难以替代的催化剂,然而低储量高成本的Pt严重制约其商业化进程。如何在减少贵金属Pt用量的同时提高其电催化性能是该领域的核心问题之一。空心结构纳米催化剂活性面积大,催化活性高,稳定性好且显著减少贵金属的用量,其制备方法众多,其中电位置换法无需额外的去核、无需对模板表面进行功能化且易于控制,是制备空心结构纳米材料的主要方法。本文综述了近年来国内外利用电位置换反应制备空心Pt基纳米催化剂的最新进展,并对其发展和应用前景进行了展望。     

乙醇在Ni-ZnO-ZrO2-YSZ阳极SOFC上的发电性能

为考察乙醇用于固体氧化物燃料电池的可行性,用柠檬酸溶胶 凝胶制备阳极催化材料Ni-ZnO-ZrO₂,利用机械混合法制备Ni-ZnO-ZrO₂-YSZ(Y₂O₃稳定的ZrO₂)阳极。用涂覆法,在YSZ电解质上,制备了Ni-ZnO-ZrO₂-YSZ/YSZ/LSM（La_0.85Sr_0.15MnO₃）与Ni-YSZ/YSZ/LSM的单体电池。在不同蒸发器操作温度、电池操作温度和乙醇蒸气流量下,以乙醇为燃料进行发电实验,对两种阳极的电池发电性能进行比较。实验结束后,用SEM检测了两种电池阳极的表面。结果表明,Ni-ZnO-ZrO₂-YSZ阳极SOFC的电池输出性能明显高于Ni-YSZ阳极,且Ni-ZnO-ZrO₂-YSZ阳极具有较好的抗积炭能力。     

苯胺自催化聚合反应的混合电位

在苯胺自催化聚合反应的开路电位实验中,Pt、Pd和聚苯胺膜具有远正于其它金属的开路电位.该实验结果可以根据混合电位理论来解释.由于苯胺自催化聚合反应具有电化学机理,因此该反应的基底材料将具有同时对应于阳极半反应和阴极半反应的混合电极电位.混合电位在实验上表现为开路电位,其数值大小可以看作是苯胺自催化聚合反应能否进行的标志.有关开路电位的实验结果进一步证明了苯胺自催化聚合反应的电化学机理.     

置换反应制备Pd-Fe双金属催化剂及其催化加氢性能

以Fe(CO)5为前体采用超声法合成纳米Fe胶体粒子,通过Fe胶体与PdCl2发生金属置换反应制备出活性炭负载Pd-Fe双金属催化剂。研究了表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮对制备负载型催化剂的影响。采用XRD、H2程序升温还原（H2-TPR）、TEM、EDX等表征手段对催化剂进行表征,以苯乙炔加氢反应为探针反应考察了Fe含量对于催化剂催化性能的影响。结果表明加氢催化活性较差的金属组分Fe在合适的比例下可以促进Pd基催化剂的加氢催化活性和选择性,然而,过多的Fe也会降低其催化活性。     

置换反应制备Pd-Fe双金属催化剂及其催化加氢性能

以Fe(CO)5为前体采用超声法合成纳米Fe胶体粒子,通过Fe胶体与PdCl2发生金属置换反应制备出活性炭负载Pd-Fe双金属催化剂.研究了表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮对制备负载型催化剂的影响.采用XRD、H2程序升温还原(H2-TPR)、TEM、EDX等表征手段对催化剂进行表征,以苯乙炔加氢反应为探针反应考察了Fe含量对于催化剂催化性能的影响.结果表明加氢催化活性较差的金属组分Fe在合适的比例下可以促进Pd基催化剂的加氢催化活性和选择性,然而,过多的Fe也会降低其催化活性.     

聚吡咯改性炭载Pd催化剂促进甲酸电氧化

直接甲酸燃料电池(DFAFC)阳极活性炭载Pd催化剂活性组分易聚集,分散差且存在炭载体的电腐蚀作用,造成催化活性低稳定性差。 为解决上述问题,本文通过调控炭载Pd催化剂的载体改善催化活性和稳定性。 采用低温化学氧化法制备了聚吡咯(PPy)与活性炭复合材料,在聚合过程中加入活性炭,经过高温热解聚吡咯形成复合碳载体负载Pd催化剂,并表征了热解聚吡咯碳修饰催化剂表面形貌,发现聚吡咯修饰后的催化剂载体表面氮元素以吡咯氮的形式存在,催化剂活性组分Pd纳米粒子可稳定在2.25 nm。 通过甲酸电催化氧化性能测试,结果表明,Pd单位质量比活性比Pd/C催化剂提高了2.5倍。