聚合物對(duì)鈀催化氧化甲酸的促進(jìn)作用研究.pdf

1、近年來(lái)，世界性能源危機(jī)和環(huán)境污染日趨嚴(yán)重，開(kāi)發(fā)潔凈高效的供能、儲(chǔ)能系統(tǒng)迫在眉睫。燃料電池由于具有高能量密度、低腐蝕性、低工作溫度和無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，已成為研究的熱點(diǎn)，且被認(rèn)為是21世紀(jì)首選的潔凈、高效的發(fā)電裝置。質(zhì)子交換膜燃料電池（Proton Exchange Membrane Fuel Cells，簡(jiǎn)稱(chēng)PEMFC）被認(rèn)為是便攜式裝置的最佳候選電源。它除了具有燃料電池的一般特點(diǎn)外，同時(shí)還具有可在室溫下快速啟動(dòng)、采用固體電解質(zhì)因此無(wú)電解液流

2、失以及壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。其燃料可以是氫，也可以是小分子有機(jī)物（甲醇、乙醇、甲酸等）。其中，以甲酸作為陽(yáng)極燃料的直接甲酸燃料電池(DFAFCs)有很多優(yōu)勢(shì)，如高的理論開(kāi)路電壓、無(wú)毒、不易燃等。然而，DFAFCs的發(fā)展仍存在一些很大的問(wèn)題。例如，在直接甲酸燃料電池的陽(yáng)極催化劑中，鉑、鈀等貴金屬仍然是重要的陽(yáng)極催化劑材料，其催化行為已引起人們極大興趣，相關(guān)研究也已陸續(xù)見(jiàn)報(bào)道。但是，這些貴金屬催化劑均存在利用率低、易中毒、穩(wěn)定性差等問(wèn)題。為提高催化

3、劑的催化活性和穩(wěn)定性及抗CO中毒性能，我們考察了高分子聚合物（聚苯胺、聚呋喃等）對(duì)鉑、鈀催化劑上甲酸氧化的助催化作用，具體研究?jī)?nèi)容如下：
　?。?）利用循環(huán)伏安法在電極表面依次電沉積Pd納米粒子和聚苯胺（PANI），制得Pd/xPANI電極（x為聚苯胺的沉積循環(huán)數(shù)），并將之應(yīng)用于甲酸的電催化氧化性能研究。結(jié)果顯示，電沉積的Pd納米粒子對(duì)甲酸氧化呈現(xiàn)明顯的催化活性，而單獨(dú)PANI存在時(shí)對(duì)甲酸氧化反應(yīng)沒(méi)有活性，但在Pd納米粒子表面沉積

4、PANI后，Pd納米粒子對(duì)甲酸氧化的催化活性顯著增強(qiáng)。初步結(jié)果表明，PANI對(duì) Pd催化氧化甲酸具有明顯的助催化作用，這可能來(lái)源于Pd和PANI之間的協(xié)同作用。
　　（2）從兩個(gè)Pd-PANI體系系統(tǒng)研究了PANI對(duì)Pd催化氧化甲酸的助催化行為和作用機(jī)理。一是先在玻碳電極表面聚合苯胺，得到沉積循環(huán)數(shù)不同的聚苯胺電極，然后在聚苯胺電極表面沉積鈀（20個(gè)循環(huán)），得到nPANI/Pd電極，旨在考察以PANI為基底時(shí)，能否對(duì)其上沉積的Pd

5、納米粒子呈現(xiàn)明顯的助催化作用。二是直接將商業(yè)Pd/C催化劑涂覆于玻碳電極表面，在Pd/C電極表面沉積不同循環(huán)數(shù)的聚苯胺制得 Pd/C/nPANI電極，旨在考察沉積在商業(yè) Pd/C催化劑表面的PANI能否提高Pd/C樣品的催化活性和穩(wěn)定性。結(jié)果表明，PANI無(wú)論是作為基底還是覆蓋在 Pd納米粒子表面，均對(duì) Pd的催化活性產(chǎn)生明顯的促進(jìn)作用。此外，PANI的促進(jìn)作用與PANI的沉積循環(huán)數(shù)有關(guān)。在所研究的范圍內(nèi)，沉積15個(gè)循環(huán)聚苯胺作基底時(shí)對(duì)

6、鈀催化劑呈現(xiàn)最好的催化效果，而對(duì)Pd/C/nPANI電極來(lái)說(shuō)，Pd/C/20PANI電極具有最優(yōu)的助催化作用。這可能是由于PANI的存在，致使Pd的電子作用發(fā)生改變，進(jìn)而影響其催化性能。
　　（3）考察了聚呋喃對(duì)Pd催化劑催化氧化甲酸的促進(jìn)作用。以硝酸正丁胺離子液體為電解質(zhì)，在離子液體中聚合不同循環(huán)數(shù)的呋喃，以此為基底，在其表面沉積Pd納米粒子，考察了聚呋喃/鈀電極對(duì)甲酸氧化反應(yīng)的催化行為。結(jié)果顯示，與水溶液中沉積的聚呋喃相比，以