過渡金屬納米材料的制備及其對乙醇電氧化催化性能的研究.pdf

1、研究分別采用聚合物模板法和高分子穩(wěn)定法制備過渡金屬納米材料。用聚合物模板法制備了M-P-C（M為過渡金屬Fe，Co，Ni，Mn等的三元合金元素，P為聚合物，C為碳黑XC72）系列催化材料FeCoNi-P-C，MnCoNi-P-C，MnCoFe-P-C和MnNiFe-P-C；用高分子穩(wěn)定法制備了M-PVP（M代表Co，Ni，Sn，Zn，等金屬元素或合金元素，PVP為聚乙烯基吡咯烷酮K-30）系列催化材料Co-PVP，Ni-PVP，CoNi

2、-PVP，CoNiSn-PVP， CoNiZn-PVP。 通過紅外光譜（IR），透射電鏡（TEM），帶能譜的掃描電鏡（SEM-EDS）等方法對所制備材料進行物象表征。研究了堿性介質(zhì)中以所制納米材料作為乙醇陽極電催化氧化催化劑的催化性能。分別采用循環(huán)伏安、計時電流和交流阻抗等電化學方法研究堿性介質(zhì)中乙醇在以M-P-C和M-PVP為活性物質(zhì)的各電極上的電催化氧化性能。 在堿性介質(zhì)中，M-P-C系列催化材料對乙醇電化學氧化都具

3、有一定的催化作用。對比了四種電極的催化活性，大小順序依次為FeCoNi-P-C>MnCoNi-P-C>MnCoFe-P-C>MnNiFe-P-C。 對FeCoNi-P-C材料進行了深入的研究。TEM檢測結果表明納米顆粒的粒徑分布主要在20～30 nm之間，少部分為10 nm左右。用SEM-EDS對復合材料的組成成分進行分析，證實在復合材料中Fe，Co，Ni各金屬成分摩爾比等同。 FeCoNi-P-C對乙醇的電化學氧化具

4、有最顯著的催化作用。電化學測試結果表明：與空白氫氧化鉀溶液相比，電極在乙醇溶液中測得的陽極氧化電流密度明顯增大；當電位達到0.4 V時，空白溶液中的電流密度為2.5 mA·cm-2，此時0.5 mol/L乙醇中的電流密度高達22 mA·cm-2，表明有乙醇分子發(fā)生了氧化。隨著乙醇濃度增加至1.0mol/L，電流密度也明顯增大到32mA·cm-2。隨著電極中金屬含量的增加，陽極氧化電流密度也大幅度增加。HPLC檢測結果表明在Fe

5、CoNi-P-C的催化作用下，乙醇發(fā)生了電化學氧化反應，部分產(chǎn)物為乙醛和乙酸，可能生成了一定量的CO2氣體。 所制備的M-PVP系過渡金屬催化材料，在堿性介質(zhì)中對乙醇的電化學氧化具有明顯的催化作用。電化學結果表明：一元Ni-PVP較Co-PVP在較負電位下對乙醇氧化具有明顯的催化效果；二元CoNi-PVP催化劑在較正電位0.2 V時表現(xiàn)出明顯的催化效果；三元CoNiSn-PVP，CoNiZn-PVP在電位較負時即-0.05 V處

6、就表現(xiàn)出明顯的催化效果。 深入研究了二元CoNi-PVP催化材料。IR檢測結果表明高分子PVP與CoNi發(fā)生了配位，且防止了納米金屬的團聚；TEM結果表明高分子穩(wěn)定法制備的材料為納米線體，直徑約3～5 nm，長度在100 nm左右。SEM-EDS對復合材料的組成成分進行分析，證實在復合材料中Co，Ni兩種金屬成分摩爾比等同。 作為對比，研究了采用高分子穩(wěn)定的方法制備貴金屬Ru系的納米材料Ru-PVP，RuCo-PVP，R