碳化聚吡咯-坡縷石、Fe3O4復(fù)合材料在電化學(xué)中的應(yīng)用研究.pdf

1、催化劑載體,作為催化劑的負(fù)載物質(zhì),可以提高催化劑的負(fù)載分布,并對催化劑的穩(wěn)定性起到一定的促進作用,特別是近年的研究對此關(guān)注度越來越高。合適的催化劑載體,可以使催化劑得到最佳利用率從而減少貴重的金屬使用量,使得催化劑成本減少。在聚合物質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFCs)當(dāng)中,目前較常見的是將高度分散的貴金屬負(fù)載于炭黑(XC-72)上,作為有機小分子氧化和氧還原的催化劑。碳材料容易發(fā)生物理和化學(xué)降解,發(fā)生碳蝕,在長期使用,特別是在高溫、水分含

2、量高、低pH值和高氧濃度環(huán)境下,催化劑存在較高的電勢,從而使得腐蝕的現(xiàn)象加劇。因此,通過納米技術(shù)開發(fā)新型含碳材料具有重要的價值。
　　研究發(fā)現(xiàn),對碳的表面用氧化物做修飾是一種有效的方法,可以促進氧還原和有機小分子催化。氮修飾碳(CNx),與n型半導(dǎo)體有類似的作用,可以促進電子的遷移。CNx直接或者負(fù)載金屬作為催化劑都顯示了良好的催化活性。氮元素的引入,可以促進電化學(xué)活性點的生成,同時對負(fù)載金屬起到鉚釘效應(yīng)。
　　本論文的工作

3、主要圍繞碳化聚吡咯包覆的氧化物,合成CNx修飾氧化物載體,并合成新型催化劑,其顯示了良好的催化活性。用紅外光譜儀(FT-IR),熱重分析儀(TGA)、X-射線粉末衍射(XRD)和透射電鏡(TEM)等手段對樣品結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分進行了表征。采用循環(huán)伏安法(CV)、線性掃描法(LSV)、計時電流法等電化學(xué)方法研究了催化劑在酸性溶液中的氧還原反應(yīng)及甲酸氧化反應(yīng)。具體見如下的三部分:
　　第一部分坡縷石@碳氮化合物負(fù)載Pt催化劑在氧還原的應(yīng)用

4、
　　聚吡咯(PPy)包覆坡縷石(PLS),高溫下進行碳化處理,形成氮修飾的碳與氧化物的復(fù)合載體(PLS@CNx)。負(fù)載金屬Pt,制備成催化劑Pt/PLS@CNx,首次用于ORR當(dāng)中。利用FT-IR,TGA,XRD和TEM對樣品進行了結(jié)構(gòu)和化學(xué)表征,并用CV,LSV等電化學(xué)方法對其性能進行了測試。擔(dān)載20％Pt的樣品與商業(yè)催化劑相比,顯示了更佳的性能。性能的提高主要是由于 SiO2和表面 N元素的修飾所引起的。
　　第二部分

5、 Fe3O4-CNx載體負(fù)載Pt催化劑在氧還原的應(yīng)用
　　制備CNx修飾Fe3O4的新型載體Fe3O4-CNx,并負(fù)載了20%Pt,制備的催化劑Pt/Fe3O4-CNx,首次用于ORR當(dāng)中。利用FT-IR,XPS,TGA,XRD和TEM等測試手段對樣品進行了結(jié)構(gòu)和化學(xué)表征,并用CV,LSV等電化學(xué)方法對其性能進行了測試。XPS表明由于N的加入使得Pt的鍵能提高,起到了對Pt的固定作用。電化學(xué)測試表明,制備催化劑其半電位和單位質(zhì)量活

6、性電流較商業(yè) Pt催化劑都有提高,Fe3O4的協(xié)同作用影響了催化效果,催化劑在長時間測試中保持較好的活性。
　　第三部分Fe3O4-CNx載體負(fù)載Pd催化劑在甲酸氧化中的應(yīng)用
　　新型載體Fe3O4-CNx,負(fù)載20% Pd,制備成催化劑Pd/Fe3O4-CNx,首次用于甲酸電催化當(dāng)中。利用FT-IR,TGA,XRD和TEM等測試手段對樣品進行了結(jié)構(gòu)和化學(xué)表征,并用CV、計時電流等電化學(xué)方法對其性能進行了測試,與Pd/C和商