收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

纳米碳纤维及其负载贵金属催化剂的制备及性能研究

覃远航  
【摘要】:直接乙醇和甲酸燃料电池作为小功率便携式电子设备未来潜在的动力源在近年来越来越引起人们的关注。目前,乙醇和甲酸氧化催化剂的低活性及高成本是阻碍直接乙醇和甲酸燃料电池商业化的主要因素。因此,开发高效的乙醇和甲酸氧化催化剂以提高催化活性从而降低贵金属的负载量具有重要意义。 采用大比表面积的载体材料锚定贵金属催化剂是提高催化剂性能的常用方法。作为一种新型碳材料,纳米碳纤维(carbon nanofiber, CNF)因为其独特的电子及结构特性,例如高的电导率及中孔结构,作为催化剂载体材料具有巨大的潜力。而且,CNF的织构及结构特性,例如直径,边面原子与基面原子的比例等都是可调控的,这为调控负载贵金属在CNF上的沉积和CNF与负载贵金属的相互作用提供了途径。 本研究的目的在于以CNF为催化剂载体,选择合适的合成方法开发高效的乙醇和甲酸氧化电催化剂。同时,也研究了CNF作为催化剂对氧的电催化还原性能。目前得到的主要研究结果如下: (1)采用电泳沉积技术制备了由相互缠绕的CNF形成的具有开孔结构的CNF膜。研究了采用脉冲电沉积法负载在CNF膜上的Pd纳米粒子对乙醇在碱性溶液中的电催化氧化性能。循环伏安测试表明,电泳沉积联合脉冲电沉积技术制备的这种新型催化剂对乙醇在KOH溶液中的电化学氧化具有良好的催化活性。这种高的催化活性可归因于高度分散在具有三维网状结构的CNF膜上的Pd纳米粒子可以为乙醇氧化提供大的可接触电化学活性面积及CNF膜的结构和电子特性。 (2)分别采用传统的粉末工艺及电泳沉积联合脉冲电沉积的工艺制备了两种Pd/CNF修饰的玻碳(glassy carbon, GC)电极:Pd/CNF/GC-C和Pd/CNF/GC-E,研究了电极制备方法对电极的乙醇催化氧化性能的影响。场发射扫描电镜及高分辨透射电镜的表征结果表明Pd纳米粒子在两个电极中都比较均匀地分散在CNFs上,X-射线衍射结果表明Pd/CNF/GC-E电极中Pd纳米粒子的粒径要稍大于Pd/CNF/GC-C电极中Pd纳米粒子的粒径。循环伏安测试表明Pd/CNF/GC-E电极对乙醇在碱性溶液中的电化学活性要高于Pd/CNF/GC-C电极,尽管Pd/CNF/GC-C电极有较高的Pd载量及较小的粒径。Pd/CNF/GC-E电极比Pd/CNF/GC-C电极的性能要好,归因于Pd催化剂在前者的利用率比后者高,这通过对两个电极电化学活性面积的测试得到证实。另外,计时安培测试表明Pd/CNF/GC-E电极对乙醇电催化氧化的稳定性要好于Pd/CNF/GC-C电极。 (3)制备了板式、鱼骨式和管式CNF负载的Pd电催化剂,考察了CNF的微结构对电催化剂催化乙醇氧化活性的影响。在同样的制备条件下,Pd纳米粒子在板式、鱼骨式和管式CNF上分别呈现均匀致密、松散随意和聚集的分散状态。这种分散状态的差异可能是CNF微结构的不同造成的。管式CNF表面暴露的主要是基面原子,其与负载Pd纳米粒子的相互作用较弱,在这种较弱的相互作用下Pd粒子倾向于聚集。板式和鱼骨式CNF表面暴露的主要是高能端面原子,其可以锚定负载的Pd纳米粒子从而防止Pd粒子的聚集。电化学测试的结果表明鱼骨式CNF负载的Pd纳米粒子对乙醇氧化具有最好的催化活性,而板式CNF负载的Pd纳米粒子对乙醇氧化具有最好的催化稳定性。 (4)分别以柠檬酸钠和硼氢化钠为稳定剂和还原剂合成了CNF负载的Pd催化剂。发现通过改变合成溶液的pH值可以很方便地调节负载Pd纳米粒子的粒径和分布。随着合成溶液的pH值从3.2增至6.0,CNF负载的Pd纳米粒子在CNF上的分散变得越来越均匀,平均粒径从5.8 nm降至3.6 nm。然而,当合成溶液的pH值继续增至6.5时,CNF负载的Pd粒子的平均粒径增大,而且Pd/CNF催化剂中有PdO的生成。对Pd/CNF催化剂的电化学测试表明在溶液的pH值为6时合成的Pd/CNF催化剂对甲酸氧化具有最好的催化活性及稳定性,这可归因于其小的粒径及均匀的粒径分布。 (5)分别以柠檬酸钠和硼氢化钠为稳定剂和还原剂合成了CNF负载的PdAu催化剂,XRD测试的结果表明合成溶液中四氢呋喃的添加有助于Au与Pd合金化程度的提高。电化学测试的结果表明在适当的Pd/Au质量比下,合金化程度高的PdAu/CNF催化剂对甲酸电催化氧化的活性及稳定性均高于合金化程度低的PdAu/CNF催化剂及Pd/CNF催化剂。PdAu/CNF催化剂对甲酸的催化活性受到多重因素的影响,只有当催化剂的粒径及合金化程度同时兼顾时PdAu/CNF催化剂才有较优的催化性能。 (6)CNF在混酸(浓硫酸+浓硝酸)和氨水中的超声处理分别在CNF表面成功地引入了含氧和含氮基团。循环伏安测试的结果表明含氧基团的引入使得CNF对氧的电催化还原活性有显著提高,而含氮基团的引入使得CNF的氧电催化还原活性有进一步提高。鱼骨式CNF对氧的电催化还原性能要好于相应的管式CNF。以上的研究表明CNF的微结构及表面性质都对CNF的氧电催化还原活性具有影响,而后者的影响更显著。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 ;蒸汽重整催化剂[J];化工文摘;2000年05期
2 王静;吴银素;黄韶勇;马子川;贺泓;;-γAl_2O_3负载的Pt,Pd催化剂上邻二甲苯的深度催化氧化[J];河北师范大学学报(自然科学版);2008年01期
3 张凤霞;张志刚;燕菲;;贵金属回收技术综述[J];节能与环保;2010年10期
4 李赫;吴美岩;;丙烯酸废气净化催化剂性能评价[J];工业催化;2007年07期
5 齐笑迎;贺蒙;;高角环形暗场成像方法测定负载型纳米贵金属催化剂的粒径[J];电子显微学报;2011年03期
6 沈善问,邱红莲,刘继升;高频红外吸收法测定贵金属催化剂中的碳、硫[J];贵金属;2001年03期
7 廖欣;浦鸿汀;蒋伟春;;聚合物电解质膜燃料电池用电催化剂的研究进展[J];材料导报;2005年06期
8 刘鹏举;;贵金属催化剂合成防老剂4020的研究[J];石油化工应用;2007年06期
9 张小菲;邵正锋;毛国强;何德民;张秋民;梁长海;;萘在贵金属Pd、Pt及Pd-Pt催化剂上的加氢活性及耐硫性能[J];物理化学学报;2010年10期
10 江伟铿;;汽车排气贵金属催化剂的中毒和再生[J];环境工程;1984年06期
11 黄荣光;;贵金属催化剂的制备[J];贵金属;1983年01期
12 ;Englehard滤清器可降低废气排放量[J];采矿技术;1992年28期
13 王建伟;米镇涛;张香文;;贵金属芳烃饱和催化剂研究[J];化学进展;2006年Z2期
14 訾学红;戴洪兴;何洪;;天然气催化燃烧催化剂的研究(Ⅰ)[J];工业催化;2008年04期
15 张龙龙;蒋亚雄;巴俊洲;;常温氢氧化合催化剂的研究[J];工业催化;2008年09期
16 王小华;;移动源中消除NO_x的催化剂[J];宁波化工;2009年02期
17 廉红蕾;潘维成;;金属氧化物负载纳米贵金属催化剂上的常温CO氧化性能研究[J];中州大学学报;2010年05期
18 ;我国科学家在全球率先制备出单原子铂催化剂 将大大降低贵金属催化剂成本[J];科技传播;2011年17期
19 李云秋;;醋酸乙烯[J];石油化工;1973年04期
20 李云秋;;醋酸乙烯[J];当代化工;1973年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 唐博;吕仁庆;项寿鹤;;用于裂解汽油—段加氢的新型贵金属催化剂的制备[A];中国化工学会2003年石油化工学术年会论文集[C];2003年
2 李赫;吴美岩;颉伟;辛国萍;韩伟;;脱烃催化剂工艺研究[A];第十一届全国青年催化学术会议论文集(上)[C];2007年
3 叶青;王海平;李冬辉;赵海霞;程水源;康天放;;铝锰柱撑蒙脱石负载贵金属催化剂催化氧化苯性质研究[A];中国化学会第28届学术年会第1分会场摘要集[C];2012年
4 李赫;吴美岩;颉伟;辛国萍;韩伟;;催化燃烧法净化工业二氧化碳废气[A];第五届全国环境催化与环境材料学术会议论文集[C];2007年
5 刘会茹;张海娟;李永丹;;载体的酸性对贵金属加氢活性的影响[A];第十三届全国催化学术会议论文集[C];2006年
6 臧明虹;朱路新;郑海琼;;贵金属催化剂脱氢反应研究[A];第八届全国工业催化技术及应用年会论文集[C];2011年
7 乔波涛;邓友全;;低温制备CO完全氧化催化剂的研究[A];第十三届全国催化学术会议论文集[C];2006年
8 王建伟;米镇涛;张香文;;贵金属芳烃饱和催化剂的研究进展[A];中国化工学会2005年石油化工学术年会论文集[C];2005年
9 胡成江;柳云骐;周永敏;刘洋;于菲菲;李琴;刘晨光;;Y型分子筛改性及复配贵金属催化剂脱芳性能工艺研究[A];第三届全国工业催化技术及应用年会论文集[C];2006年
10 王静;吴银素;张玉霞;马子川;;Pt、Pd/-Al_2O_3催化剂对邻二甲苯深度催化氧化研究[A];第五届全国环境催化与环境材料学术会议论文集[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张明波;等离子体处理炭载贵金属催化剂及其应用[D];天津大学;2008年
2 覃远航;纳米碳纤维及其负载贵金属催化剂的制备及性能研究[D];华东理工大学;2011年
3 梁曦;等离子体制备贵金属催化剂在葡萄糖氧化反应中的应用[D];天津大学;2010年
4 张火利;用改性纤维素制备高分散贵金属催化剂及其加氢性能研究[D];北京化工大学;2013年
5 赵建智;硼氢化物催化制氢及相关储能材料研究[D];南开大学;2010年
6 杜贤龙;催化转化生物质基乙酰丙酸制备高附加值化学品研究[D];复旦大学;2012年
7 蔡皓;三效催化转化器长寿低排放机理及性能优化研究[D];湖南大学;2010年
8 安霓虹;负载型铂催化剂上甲醛的CO低温催化氧化反应性能研究[D];吉林大学;2012年
9 王苗苗;基于纳米金催化还原的精细化学品清洁合成研究[D];复旦大学;2012年
10 李宏峰;高表面积铈基复合氧化物的制备与催化氧化性能研究[D];华东理工大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 宋春雨;负载型双贵金属催化剂的制备与应用[D];北京化工大学;2011年
2 董海鑫;反相微乳化法制备贵金属催化剂及活性研究[D];东北石油大学;2012年
3 陆杰;贵金属催化剂行业的存货管理[D];华东理工大学;2013年
4 叶长明;油烟的催化净化研究[D];郑州大学;2002年
5 胡成江;柴油深度加氢脱芳催化剂的研究[D];中国石油大学;2007年
6 王静;负载型贵金属催化剂的制备及对邻二甲苯深度催化氧化的研究[D];河北师范大学;2008年
7 王建伟;贵金属芳烃加氢催化剂的制备及应用研究[D];天津大学;2006年
8 秦磊;粗萘合成十氢萘的催化加氢工艺研究[D];浙江大学;2011年
9 董朝辉;贵金属催化剂上F-T合成蜡加氢轻度裂解研究[D];华东理工大学;2012年
10 姚臣;阿维菌素催化选择氢化反应的研究[D];浙江大学;2008年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 王良;产品亮点成为市场卖点[N];中国石油报;2004年
2 王晓峰;橡胶尾气处理技术成套成熟[N];中国石化报;2009年
3 薛景照;催化燃品前景诱人[N];中国矿业报;2002年
4 王良 薛强;下真功出实招见成效[N];中国石油报;2003年
5 记者 王良 通讯员 柴归强;打开走向国际的“绿色通道”[N];中国石油报;2001年
6 北京理工大学教授冯长根讲师王亚军;稀土催化剂治理汽车尾气更佳[N];北京日报;2002年
7 南华;清洁工艺是必由之路[N];中国化工报;2001年
8 本报记者 薛景照;稀土催化引领燃品未来风骚[N];中国高新技术产业导报;2002年
9 本报记者 许琦敏;蜂窝陶瓷穿不锈钢“外套”[N];文汇报;2010年
10 本报通讯员 毛军 孙庆 杨艳 本报记者 郑耀辉;责任成就事业 激情写意人生[N];工人日报;2010年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978