高活性Pd基納米復(fù)合催化材料的制備及其電催化性能研究.pdf

1、石墨烯、碳納米管負(fù)載貴金屬納米粒子復(fù)合材料已在電催化、多相催化和化學(xué)/生物傳感等方面展現(xiàn)出了巨大的應(yīng)用前景。特別是作為直接醇類燃料電池陽極催化劑，Pt納米粒子復(fù)合物已經(jīng)成為了研究時(shí)間最長、應(yīng)用最廣的催化劑材料。然而，金屬Pt本身價(jià)格昂貴、資源匱乏，且Pt催化劑極易中毒，成為了Pt催化劑研究難以取得重大突破的瓶頸。這使得尋求可降低生產(chǎn)成本，提高催化效率的Pt的替代催化劑材料成為了一項(xiàng)非常有研究價(jià)值的課題。目前，根據(jù)許多的研究報(bào)導(dǎo)，Pd是一

2、種十分理想的Pt的潛在替代金屬。它不僅在市場(chǎng)價(jià)格上要低于Pt，而且具有明顯強(qiáng)于Pt的催化劑抗中毒能力，更可貴的是它在許多的催化應(yīng)用方面都已展現(xiàn)出了和Pt極其相近甚至更強(qiáng)的催化能力。目前，有關(guān)Pd基催化劑的研究工作仍然不夠完善，如何進(jìn)一步減少貴金屬Pd的使用量，降低生產(chǎn)成本，提高Pd納米粒子的分散性和減小納米粒子尺寸，制各出低成本、高活性的Pd基納米復(fù)合物催化材料仍是一個(gè)亟待解決的問題。為了實(shí)現(xiàn)Pd基納米復(fù)合物催化材料低成本與高活性的目標(biāo)

3、，本論文從高分子聚合物表面功能化碳納米管、金屬氧化物修飾石墨烯出發(fā)，既可降低貴金屬Pd的使用量，又能在催化劑載體表面形成高分散和小粒徑的Pd納米粒子。系統(tǒng)研究了所制備的改性后的石墨烯、碳納米管負(fù)載Pd納米粒子復(fù)合物的形貌、組成及其對(duì)甲醇、乙醇的電催化氧化性能。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴利用殼聚糖與碳納米管超聲、攪拌的方法制備了CNTs-Chit材料。以其為載體，采用乙二醇加熱還原法制備了Pd/CNTs-Chit復(fù)合催化劑并應(yīng)用于

4、甲醇的電催化氧化。采用傅里葉變換紅外光譜(FTIR)、透射電子顯微鏡(TEM)、X射線衍射儀(XRD)表征了所制備的Pd/CNTs-Chit催化劑的形貌和組成，通過循環(huán)伏安(CV)、計(jì)時(shí)電流(LSV)測(cè)試研究了Pd/CNTs-Chit催化劑在堿性電解質(zhì)中對(duì)甲醇的電催化氧化性能。結(jié)果表明:殼聚糖修飾碳納米管不但沒有破壞碳納米管的結(jié)構(gòu)，還能通過自身基團(tuán)為Pd納米粒子提供均勻分散的錨定位點(diǎn)，在CNTs-Chit表面獲得了平均粒徑約小至3.9

5、nm的Pd納米粒子。Pd/CNTs-Chit催化劑對(duì)甲醇的電催化氧化活性也達(dá)到了Pd/CNTs催化劑的1.5倍。⑵采用醋酸錳與氧化石墨烯(GO)共熱攪拌法制備了Mn3O4/GO復(fù)合物，以其為載體，使用乙二醇加熱回流還原法制備了Pd-Mn3O4/GNS復(fù)合催化劑并應(yīng)用于乙醇的電催化氧化。通過TEM、XRD考察了所制備的Pd-Mn3O4/GNS催化劑的表面形貌和組成，使用CV和LSV測(cè)定了Pd-Mn3O4/GNS催化劑在堿性電解質(zhì)中對(duì)乙醇的

6、電催化氧化性能。結(jié)果表明:Mn3O4修飾GNS不僅能夠?yàn)镻d納米粒子提供均勻分散的錨定位點(diǎn)，在Mn3O4/GO表面獲得了平均粒徑約為6.7 nm的Pd納米粒子，本身還能與Pd納米粒子之間形成具有提高催化性能的協(xié)同效應(yīng)，使Pd-Mn3O4/GNS催化劑對(duì)乙醇的電催化氧化活性達(dá)到了Pd/GNS催化劑的1.9倍。⑶采用五氯化鉭(TaCl5)和氧化石墨烯(GO)攪拌蒸發(fā)法制備了Ta2O5/GO復(fù)合物，以其為載體，使用微波輔助還原法制備了Pd-T

7、a2O5/GNS復(fù)合催化劑并應(yīng)用于乙醇的電催化氧化。通過TEM、XRD考察了所制備的Pd-Ta2O5/GNS催化劑的表面形貌和組成，使用CV和LSV法測(cè)試了Pd-Ta2O5/GNS催化劑在堿性電解質(zhì)中對(duì)乙醇的電催化氧化性能。結(jié)果表明:Ta2O5修飾GNS不僅能夠?yàn)镻d納米粒子提供均勻分散的錨定位點(diǎn)，在Ta2O5/GO表面得到了平均粒徑小至3.1nm的Pd納米粒子。本身還能與Pd納米粒子之間形成具有提高催化性能的協(xié)同效應(yīng)，使Pd-Ta2O