碳納米管負(fù)載PdNi和PdNiCo復(fù)合納米催化劑的制備及其對乙醇氧化的電活性.pdf

1、燃料電池被認(rèn)為是21世紀(jì)高效、清潔、環(huán)保的發(fā)電技術(shù)。研究非Pt的Pd基催化劑對燃料電池陽極催化劑的研究具有重要的理論與實際意義。考慮到非貴金屬Ni和Co等對乙醇氧化顯示出一定的催化活性，因此本論文在Pd催化劑制備過程中加入Ni和Co，制備復(fù)合納米催化劑，并對它們進(jìn)行物理表征和電催化活性研究。
　?。?）分別在EDTA，甘氨酸(Gly)和木質(zhì)素磺酸鈉(Ls)存在下，以硼氫化鈉為還原劑，將Pd2+還原為Pd納米顆粒并負(fù)載在多壁碳納米管

2、(MWCNT)表面。采用掃描電鏡(SEM)，透射電鏡(TEM)和X射線粉末衍射(XRD)對納米Pd催化劑的形貌和微結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。結(jié)果表明：EDTA存在時，所形成的Pd納米顆粒(Pd-EDTA/MWCNT)的粒徑更小，在MWCNT上的分散度更高。采用循環(huán)伏安(CV)和計時伏安技術(shù)(CA)，研究了催化劑在堿性環(huán)境中對乙醇的電催化活性。在堿性溶液中對乙醇氧化的電化學(xué)研究表明：在Pd-EDTA/MWCNT催化劑上，乙醇氧化反應(yīng)的起始電位較低，

3、電流密度最大，電子傳遞阻力較小，反應(yīng)速率較大，并且對乙醇氧化的電催化活性保持穩(wěn)定。
　　（2）采用傳統(tǒng)的化學(xué)還原法，以硼氫化鈉為還原劑，MWCNT為載體，制備了不同比例的Pd-Ni/MWCNT和Pd-Ni-Co/MWCNT納米催化劑。TEM測試結(jié)果表明催化劑的粒徑大小集中在5nm，在乙醇溶液中的循環(huán)伏安測試結(jié)果表明，當(dāng)Pd:Ni/(NiCo)=8:2時，催化劑對乙醇電氧化反應(yīng)的催化活性最好，催化劑Pd8(NiCo)2/MWCNT和

4、Pd8Ni2/MWCNT存在下最大電流密度分別為159.2mA·cm-2和133.9mA·cm-2。在對催化劑Pd/MWCNT、Pd8(NiCo)2/MWCNT和Pd8Ni2/MWCNT的計時電流對比中，催化劑Pd8(NiCo)2/MWCNT的電流密度明顯大于另外兩種催化劑，3種催化劑都有較好的穩(wěn)定性。在交流阻抗分析中，催化劑Pd8(NiCo)2/MWCNT的阻抗值均比Pd/MWCNT和Pd8Ni2/MWCNT的阻抗值低，也表明在乙醇的

5、催化氧化過程中，催化劑Pd8(NiCo)2/MWCNT表現(xiàn)出較低的電荷轉(zhuǎn)移阻抗值、較大的電化學(xué)氧化速率和較好的催化活性。
　　（3）通過原位還原法制備了Pd負(fù)載量極低的Pd納米顆粒。首先采用化學(xué)還原法將Ni負(fù)載在MWCNT上形成納米Ni/MWCNT催化劑。在Ni/MWCNT催化劑中按不同比例逐滴加入PdCl2溶液，Pd2+在Ni/MWCNT催化劑表面原位還原成Pd納米顆粒。采用掃描電鏡（SEM）、X-射線衍射（XRD）和X射線光電

6、子能譜（XPS）對所合成的納米催化劑（Pd4.1Ni1/MWCNT，Pd3.7Ni1/MWCNT和Pd1.3Ni1/MWCNT）進(jìn)行表征，并對催化劑在堿性溶液中的電催化活性進(jìn)行了測試。與同等條件下以NaBH4為還原劑制備的純Pd催化劑對比，以原位還原法制備的Pd-Ni/MWCNT催化劑具有更低的Pd含量，對乙醇氧化有更強(qiáng)的電催化性能。在循環(huán)伏安測試中，Pd3.7Ni1/MWCNT催化劑正向掃描的氧化峰達(dá)到130.9mA·cm-2·μg(

7、Pd)-1，是Pd/MWCNT正向氧化峰的11倍多。
　?。?）采用化學(xué)還原法，以水合肼為還原劑，在水和乙醇的混合溶液中制備負(fù)載于多壁碳納米管(MWCNT)上的納米鎳(Ni/MWCNT)和納米鎳鈷(Ni-Co/MWCNT)顆粒，然后將它們分別與氯化鈀溶液反應(yīng)，形成的鈀納米顆粒原位沉積在MWCNT表面，得到MWCNT負(fù)載的Pd-Ni/MWCNT和Pd-Ni-Co/MWCNT催化劑。SEM和TEM圖像顯示，MWCNT表面上的催化劑顆粒