脉冲电沉积钯镍合金纳米颗粒及其甲酸电催化氧化

采用方波脉冲方法,在钯镍合金电解液中成功地电化学沉积出镍原子含量分别为12.0%、16.4%和22.6%的钯镍合金纳米颗粒.钯镍合金纳米颗粒为球状,粒径50~80 nm.随钯镍合金生长电位负移,合金的镍含量提高,其纳米颗粒大小基本相似但纳米颗粒数目增多,交联度提高和真实活性面积增大.钯镍合金纳米颗粒镍含量提高,在硫酸溶液中其氢弱吸附峰电流增大.钯镍合金纳米颗粒电极的甲酸电催化氧化活性较好,随合金纳米颗粒的镍含量提高和交联度增加,合金纳米颗粒电极的甲酸电催化氧化稳定性更高.     

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。     

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.     

脉冲电沉积Pd-Ni合金纳米颗粒及其甲酸电催化氧化

采用方波脉冲方法,在钯镍合金电解液中成功地电化学沉积出镍原子含量分别为12.0%、16.4%和22.6%的钯镍合金纳米颗粒. 钯镍合金纳米颗粒为球状,粒径50 ~ 80 nm. 随钯镍合金生长电位负移,合金的镍含量提高,其纳米颗粒大小基本相似但纳米颗粒数目增多,交联度提高和真实活性面积增大. 钯镍合金纳米颗粒镍含量提高,在硫酸溶液中其氢弱吸附峰电流增大. 钯镍合金纳米颗粒电极的甲酸电催化氧化活性较好,随合金纳米颗粒的镍含量提高和交联度增加,合金纳米颗粒电极的甲酸电催化氧化稳定性更高.     

钯镍合金在玻碳电极上电结晶机理

在钯镍合金电解液中, 采用循环伏安和计时安培实验方法, 运用Scharifker和Hills模型、Heerman和Tarallo模型揭示钯镍合金的成核机理. 结果表明, 钯镍合金在玻碳电极上发生成核过程. Scharifker和Hills模型分析表明, 钯镍合金更符合扩散控制下的三维生长的连续成核机理. 借助于Heerman和Tarallo模型, 拟合得到钯镍合金的成核和生长的动力学参数. 拟合结果显示, 电位阶跃从-0.85 V负移至-0.92 V (vs SCE), 钯镍合金在玻碳电极上的成核速率从0.83 s^-1增加到7.71 s^-1, 成核密度数从2.77×10⁴ cm^-2提高至7.09×10⁴ cm^-2.     

铂钯修饰聚N-乙酰苯胺膜电极对甲酸的电催化氧化

由电化学方法在石墨电极表面制备了规整多孔的纳米结构聚N-乙酰苯胺(PAANI)膜,并以其为载体制备了Pt-Pd/PAANI/C二元金属微粒修饰的聚合物复合膜电极.SEM和XRD研究结果表明,Pt、Pd微粒在PAANI膜中均匀分散,有效地改善了催化剂中贵金属的分散度和电极的结构.在0.5mol/L H2SO4+0.5mol/LHCOOH溶液中的循环伏安结果表明,Pt-Pd/PAANI/C电极在酸性溶液中电催化氧化甲酸的性能明显优于直接电沉积的Pt-Pd/C电极,且表现出较高的稳定性.     

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。     

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.     

聚苯胺炭复合载体制备的钯催化剂对甲酸的电催化氧化

制备了导电高分子聚苯胺与活性炭的复合载体(PAnC),用PAnC作为载体制备的钯催化剂性能优于单独活性炭作为载体制备的催化剂。此外掺杂十二烷基磺酸钠制备的聚苯胺碳载体(PAnC-S)具有比PAnC更低的电荷传递电阻,10~25 nm的介孔数量明显增加,比表面积增大到94.9 m²/g。PAnC-S与PAnC粒径均匀,粒径均在30 nm左右。以PAnC-S和 PAnC为载体制备的钯催化剂比活性炭作载体制备的钯催化剂具有更大的电化学比表面积,分别为84.7和62.6 m²/g。对甲酸的氧化具有更高的电化学活性和稳定性。     

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。     

炭载Pd-Ni合金纳米粒子对甲酸的电催化氧化

通过液相还原法制备了具有不同原子比例的Pd-Ni/C催化剂,并且使用X射线衍射（XRD）、透射电子显微镜(TEM)和X射线光电子能谱(XPS) 等表征手段对制备的催化剂进行了表征,总结了Ni的掺杂对Pd-Ni合金纳米粒子的尺寸及晶体结构的影响。电化学测试结果表明：适量的Ni的掺杂不但能够增强催化剂对甲酸催化氧化的活性,而且还能够提高催化剂的稳定性。因此,Pd-Ni/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     

Benchmarking Catalysts for Formic Acid/Formate Electrooxidation

Energy production and consumption without the use of fossil fuels are amongst the biggest challenges currently facing humankind and the scientific community. Huge efforts have been invested in creating technologies that enable closed carbon or carbon neutral fuel cycles, limiting CO₂ emissions into the atmosphere. Formic acid/formate (FA) has attracted intense interest as a liquid fuel over the last half century, giving rise to a plethora of studies on catalysts for its efficient electrocatalytic oxidation for usage in fuel cells. However, new catalysts and catalytic systems are often difficult to compare because of the variability in conditions and catalyst parameters examined. In this review, we discuss the extensive literature on FA electrooxidation using platinum, palladium and non-platinum group metal-based catalysts, the conditions typically employed in formate electrooxidation and the main electrochemical parameters for the comparison of anodic electrocatalysts to be applied in a FA fuel cell. We focused on the electrocatalytic performance in terms of onset potential and peak current density obtained during cyclic voltammetry measurements and on catalyst stability. Moreover, we handpicked a list of the most relevant examples that can be used for benchmarking and referencing future developments in the field.     

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.     

金属间化合物PtBi对甲酸的电催化氧化

从 1839 年 Grove 首次提出了燃料电池理论, 并 证实了氢/氧燃料电池能直接把化学能转化为电能 以来, 氢/氧燃料电池迅速发展起来。但是由于氢气 在储存、运输以及供应方面存在很多难以克服的困 难, 而有机分子的重整制氢成本太高以及电池构造 复杂等因素[1,2], 使得人们将目光     

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.     

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。     

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.     

甲酸在纳米金承载铂(Pt^Au)电催化剂上的电化学氧化

采用循环伏安扫描测试对不同浓度的甲酸在纳米Au颗粒((10.0±1.2)nm)承载Pt电催化剂(记为Ptm^Au,其中m为Pt/Au原子比)上的电化学氧化过程进行了研究.结果表明,Pt在纳米Au颗粒表面的形态对甲酸的电化学氧化行为影响显著.当Pt对Au颗粒形成壳层覆盖(m>0.2)时,甲酸电氧化反应主要发生在高电势(相对SCE电极为0.6~1.0 V)范围,与常规Pt/C电催化剂上甲酸的电氧化行为类似;当Au表面Pt的形态由单原子壳层(m=0.2)递变为不大于1.0 nm的Pt原子簇或原子筏(m<0.2)时,在低电势(-0.2~0.6 V)范围也能明显检测到甲酸的电氧化反应,而且随着m的减小,Pt的质量比活性显著提高.Pt呈现100%暴露(电化学活性面积EAS=236 m2/g-Pt)的Pt0.05^Au/C电催化剂在甲酸电氧化峰(0.38 V)处的质量比活性是通常Pt/C电催化剂(Pt分散度为30%或EAS为74 m2/g-Pt)的40倍,表明随着Au颗粒上Pt尺寸的减小或分散度的提高,Ptm^Au/C电催化剂对甲酸电氧化反应的催化活性也显著提高.在甲酸浓度由0.2 mol/L渐提高至3.2 mol/L时,Ptm^Au/C和Pt/C催化剂上甲酸电氧化反应的比电流均呈先增大后减小的火山形变化,表明适宜的甲酸工作浓度也是在Pt基催化剂上实现高功率直接甲酸燃料电池的关键因素之一.     

Pd-Sb/C复合纳米催化剂对甲酸电催化氧化的性能研究

以柠檬酸三钠为稳定剂,硼氢化钠为还原剂,制备了碳载型的Pd-Sb复合纳米催化剂（Pd-Sb/C）,通过调制不同Pd:Sb摩尔比研究了其对甲酸电催化性能的影响. TEM结果表明,合成的纳米颗粒粒径较小且均匀分散在碳载体表面. XRD和XPS测试表明,Pd-Sb/C中少量的单质态Sb(0)高度分散在Pd颗粒中或表面,形成合金化程度较低的PdSb合金. 电化学测试表明,当Pd:Sb = 20:1时,合成的催化剂对甲酸的催化效能最佳. 与合成的Pd/C和商业Pd/C相比,Pd-Sb/C(20:1)的电流密度分别是Pd/C的2.6倍、商业Pd/C的4.2倍. Pd-Sb/C的整体催化性能得到改善主要归因于适量的单质态Sb(0)引入到Pd中,诱导产生电子效应和“双功能”效应,一方面减小Pd与CO毒性物种之间的吸附作用,另一方面促使Pd表面吸附的CO快速氧化,提高了Pd-Sb/C催化剂的抗CO中毒能力,使得Pd-Sb/C催化剂的整体催化性能得到改善.