以聚吡咯/碳为载体制备高活性Pd基催化剂对甲酸的电催化氧化

来源 :哈尔滨师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zeng_hc
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提高资源利用率,开发新能源降低环境污染,成为当今社会紧迫解决的重要问题之一。而燃料电池就是污染低、能量利用率高的一种能源技术。直接甲酸燃料电池是以液体为燃料的低温燃料电池,具有广阔的应用前景。然而高活性,高稳定性,寿命长的电催化剂一直是制约低温燃料电池商业化的主要问题。负载型催化剂中,载体有着非常重要作用。目前低温燃料电池常用的XC-72活性碳载体存在较多的微孔,进入微孔的金属由于传质阻力大动力学过程缓慢,这一部分金属得不到有效的利用,此外XC-72活性碳载体本身的不稳定性,长时间工作导致氧化,会使部分负载的活性金属脱落流失,催化剂失活。  本论文采用低温氧化法制备导电性好,性能稳定的聚吡咯碳,即在活性碳表面修饰一层聚吡咯(PPyC)。论文分别讨论温度、酸度、十二烷基苯磺酸钠、氧化剂、吡咯与活性剂的比例,吡咯与活性碳比例等各种不同条件对制备聚吡咯碳(PPyC)的影响。  采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)等手段对载体PPy/C及催化剂Pd/PPyC(a),Pd/PPyC(b)和Pd/C进行了表征,用循环伏安法(CV),线性扫描法(LSV),计时电流曲线法(CA),此外还通过电势阶跃法,对催化剂活性衰减及稳定性进行了讨论。测试结果表明,聚吡咯碳做载体制备的催化剂电极比用活性碳制备的催化剂对甲酸的氧化具有更高的活性和选择性。其中制备的Pd/PPyC(a)和Pd/PPyC(c)催化剂电极对甲酸的氧化具有很高的活性和稳定性,证明 PPy/C(a)是优良的电催化载体。主要原因是,PPyC具有较大的有效比表面,且PPyC在电环境下比活性碳具有更高的稳定性。此外PPy中含有氮杂环,拥有丰富的Л电子结构,在制备催化剂的过程中可以吸引Pd金属,形成PdN3的氧化还原活性中心,与Pd同时起这对甲酸的电催化氧化作用。从而提高了催化剂的反应速率和动力学速度。  多循环实验及多电势阶跃实验结果表明,聚吡咯碳作为载体比活性碳作载体制备的催化剂电极,对甲酸的氧化活性高,活性衰减的较慢。催化剂活性衰减的主要原因仍然是电极表面积累强吸附物种的结果。
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