电沉积制备PdxCoy/rGO纳米复合催化剂及其对甲酸电催化性能研究

摘 要: 利用电沉积法在石墨烯（rGO）表面制备了具有不同钯（Pd）钴（Co）比的PdCo纳米复合催化剂。采用场发射扫描电镜、X-射线能谱和傅里叶红外等方法对所制备的不同比例催化剂进行了表征。结果表明,所制备电催化剂中金属元素的比例接近于前驱体溶液中金属离子浓度之比;二元复合催化剂的粒径较小,且颗粒粒径分布均匀;在0.5 M硫酸电解液中研究了催化剂对甲酸的电催化性能,发现在所有催化剂中,Pd1Co3/rGO具有最大的电化学活性面积,对甲酸氧化具有最高的活性和最好的稳定性。证明采用电沉积法制备的Pd1Co3/rGO纳米复合催化剂在直接甲酸燃料电池中具有潜在的应用价值。     

对甲醇氧化具有增强效应的三维纳米多孔Pd/Co_2O_3复合材料的简单制备（英文）

为降低贵金钯的使用量同时提高甲醇氧化的催化性能,设计了超细三维纳米多孔(np)Pd/Co_2O_3复合材料,并通过在碱液中对熔体快淬Al-Pd-Co合金带进行简单的一步脱合金法合成。利用Versa-STAT MC工作站检测了所制复合材料在碱液中的甲醇氧化电催化活性。结果表明,所得样品的韧/孔尺寸约为8~9 nm,Co_2O_3均匀分布在Pd韧带表面。其中,通过脱合金Al_(84.5)Pd_(15)Co_(0.5)得到的np-Pd/Co_2O_3-2样品性能最佳,与脱合金Al_(85)Pd_(15)所得的np-Pd相比,性能提高约230%。这主要归因于Pd和Co之间存在的电子改性效应及Pd和Co_2O_3之间的双功能机理。     

Pdx-Co/C催化甲酸的电氧化性能研究

以活性碳(Vulcan XC-72)为载体,用化学还原法制备了不同Pd/Co摩尔比的Pdx-Co/C催化剂。用透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)及X射线光电子能谱(XPS)对催化剂进行了表征,采用循环伏安法考察了催化剂对甲酸电氧化反应的催化性能。结果表明,Pdx-Co复合催化剂粒子均匀分散在碳载体表面;催化剂中掺入的少量Co元素部分进入Pd晶格,形成了Pd-Co合金;随着Pd/Co摩尔比的增加,Pd颗粒粒径先增大后减小,催化活性也表现出相同的变化趋势;当Pd:Co=8:1时,所得Pd8-Co/C对甲酸氧化的催化活性最高,峰电流密度可达到15.907 mA/cm²。     

Pd/Ni双金属纳米溶胶的制备及催化制氢性能的研究

采用化学共还原法制备了聚乙烯吡咯烷酮(PVP)稳定的Pd/Ni双金属纳米溶胶,采用TEM、HR-TEM等对所合成的Pd/Ni双金属纳米溶胶进行了表征,并系统研究了PVP用量、还原剂用量、金属盐离子浓度及金属比例等对该溶胶型双金属纳米催化剂的影响。结果表明:所制备的Pd/Ni双金属纳米溶胶的平均粒径在2 nm左右,双金属纳米溶胶催化剂催化NaBH_4制氢活性优于单金属Pd和Ni纳米溶胶的活性。其中Pd_(10)Ni_(90)双金属纳米溶胶的催化活性最高,其催化NaBH_4制取氢气的活性可以达到8250 mol_(H2)·mol_(Pd)~(-1)·h~(-1),Pd_(20)Ni_(80)双金属纳米溶胶催化剂催化NaBH_4水解反应的活化能为35.7 kJ/mol,反应焓为33.3 kJ/mol,反应熵为-150 J/mol。研究结果还表明,所制备的Pd/Ni双金属纳米溶胶催化剂具有很好的催化稳定性,即使4次催化试验后该催化剂仍然保持着较高的催化活性。密度泛函理论计算结果表明,Ni原子与Pd原子之间发生的电子转移使得Pd原子带负电而Ni原子带正电,荷电的Pd和Ni原子成为催化反应的活性中心。     

碱性介质中Pd纳米线电极对甲醇的电催化氧化

采用交流电沉积法制备Pd纳米线阵列电极催化剂,循环伏安法测定催化剂对甲醇的电催化氧化活性,用AFM、TEM、XRD和XPS表征Pd纳米线的组织形貌、晶体结构和化学状态。结果表明:Pd纳米线的直径为65～75nm,径向表面呈毛刺结构,处于体心立方晶体结构的单质态。Pd纳米线阵列电极在KOH碱性介质中对甲醇的电催化氧化活性比其平板电极高约14倍,比文献中负载型Pt纳米颗粒催化剂在酸性介质中的催化活性高50～150倍,且具有较好的稳定性。     

碱性条件下M/C(M=Pt, Pd, Ni, Ag, Au)对甲醇氧化电催化活性的对比研究

用化学还原法制备了M/C(M=Pt, Pd, Ni, Ag, Au) 5种纳米金属碳截催化剂,用XRD、XPS分别表征活性物的晶相结构、表面组成和价态形式,用TEM观察催化剂微观形貌,用循环伏安法测定不同催化剂对甲醇氧化的电催化活性。结果表明,催化剂中的纳米金属粒径在3~11 nm之间,纯度较高,在载体表面的分布较为均匀;Pd/C催化剂对甲醇氧化有较好的催化作用,Ni/C对甲醇氧化有一定的活性,而Ag/C和Au/C几乎没有活性。在1 mol·L-1CH3OH+1 mol·L-1NaOH条件下,Pd/C对甲醇氧化最高峰电流密度为890 mA·mg-1,约为Pt/C的66%,Ni/C对甲醇氧化最高峰电流密度为6.3 mA·mg-1,仅为Pt/C的0.46%。     

水浴法制备钯纳米颗粒及其修饰电极的电催化性能

利用Keggin结构的12-硅钨酸作为模板,采用水浴法还原硝酸钯制备了纳米钯.用透射电子显微镜(TEM)和X射线衍射(XRD)等手段对制备的钯纳米颗粒的形貌、粒径大小和结构进行了表征.利用滴涂法将Pd纳米颗粒修饰到Au电极表面,通过循环伏安法,研究了纳米Pd对肼的电催化性质.结果显示,制备的纳米钯为3～4 nm的类球形颗粒,为面心立方结构.纳米Pd修饰电极对肼具有良好的电催化氧化作用.在pH=6时,氧化峰电流(lpa)与肼的浓度呈现良好的线性关系.     

负载型纳米Pd/C的尺寸可控制备及其2,3,6-三氯吡啶加氢性能

在催化剂制备过程中引入氨羧络合剂(氨三乙酸三钠,NTA),通过配位作用稳定并保护Pd粒子,得到纳米Pd/C催化剂,研究了氨三乙酸三钠引入量对Pd/C催化剂结构的影响。通过X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、透射电镜(TEM)及化学吸附(H_2-TPR)表征发现,与常规浸渍法制备的Pd/C催化剂相比,氨三乙酸三钠的引入能够有效减小Pd的平均粒径,并且通过调变氨三乙酸三钠的量可以获得Pd粒子不同大小的负载型Pd/C催化剂,随着氨三乙酸三钠引入量的增多(Pd摩尔含量的0.5、1、2倍),Pd粒径由5.7 nm减小至2.1 nm,但是继续增加氨三乙酸三钠的量(Pd摩尔含量的4倍),Pd粒径不再继续减小。当氨三乙酸三钠:Pd=1:1时,即Pd粒子大小约为4 nm时,催化剂获得了最佳催化反应性能,反应6 h原料全部转化,2,3-二氯吡啶的选择性可达76.86%。     

Pd微纳米粒子在石墨烯/聚酰亚胺薄膜上的电沉积及其电催化氧化甲酸（英文）

利用电化学沉积法在柔韧的石墨烯/聚酰亚胺(Gr/PI)复合膜上制备一种新的花状、微纳结构的Pd电催化剂。作为对比研究,同时在羧基化碳纳米管/聚酰亚胺(COOH-CNTs/PI)上制备Pd微纳米粒子催化剂。对合成的Pd/Gr/PI和Pd/COOH-CNTs/PI进行X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)分析。XRD和SEM分析结果表明:当沉积条件相同时,相对于在COOH-CNTs/PI膜上制备的Pd微纳米粒子,在Gr/PI复合膜上电沉积得到的Pd微纳米粒子尺寸更小,分布密度更大,且分布更均匀。通过循环伏安法(CV)和计时电流法(CA)研究这两种催化剂对甲酸的电催化氧化性能。结果表明:在Gr/PI电极上沉积得到的Pd的催化效率更高、稳定性更好。这是由于在Gr/PI电极上沉积得到的Pd颗粒尺寸更小,分布密度更大,催化活性点位更多,因而对甲酸的催化氧化效果更好。     

直流电弧等离子体法制备In(Sn)-O及Sn(In)(Sb)-O系纳米颗粒（英文）

采用一种新的直流电弧等离子体法,通过对熔融的金属进行爆破(或气化),制备出了单相SnO_2、In_2O_3纳米颗粒以及In_2O_3:Sn(ITO)、SnO_2:Sb(ATO)和SnO_2:In:Sb(IATO)多元复合纳米颗粒。XRD结果表明,所制备的SnO_2和In_2O_3基多元复合纳米颗粒均为单相结构,没有其它杂相;TEM结果表明,直流电弧等离子体所制备的单相纳米颗粒分散性好,尺寸20～50 nm。该法合成的纳米ITO和ATO颗粒所制备的ITO靶材和SnO_2电极密度高、电阻率低,表明所制备的ITO和ATO纳米颗粒可以应用于平板显示和导电电极领域。     

还原制备时的pH值对Pd/C催化剂性能的影响

采用液相还原法,以甲酸为还原剂制备了负载量为5%的Pd/C催化剂。考察了还原过程中p H值对Pd/C上硝基苯液相催化加氢性能的影响,并用XRD、SEM、TEM等手段对催化剂的结构进行了表征。结果表明,制备过程中随着p H的增大,催化剂活性先增大后减小;适宜的p H值能加快Pd还原反应的速率,有利于粒子快速成核,降低生成大粒径Pd粒子的几率,减少团聚,使Pd粒子均匀分散在活性炭载体上,获得较高的催化活性。p H=9时制得的催化剂上Pd晶粒分布均匀,平均粒径为3.63 nm;在50℃、H2压力0.8 MPa、搅拌速率100 r/min,反应45 min的条件下,这一催化剂对硝基苯加氢液相催化为苯胺的转化频率(TOF)达到8758 h-1。     

镧助剂对Pd/Al_2O_3催化剂性能的影响

一氧化碳(CO)-亚硝酸甲酯(MN)气相氧化偶联合成草酸二甲酯(DMO)的反应是煤制乙二醇的关键转化步骤,现用的Pd/Al_2O_3催化剂中钯负载量高达1%。在催化剂制备过程中添加不同助剂,用催化燃烧热阻型检测系统考察其对合成反应的催化性能影响。表征分析表明,镧助剂可改善钯在载体上的分散;当La_2O_3/Al_2O_3=14 mg/g时,La_2O_3在载体表面以单层分散,制成的催化剂中钯分散性最好。性能评价结果显示,载钯量0.2%的催化剂具有较好的稳定性,在优化反应条件下,其性能甚至优于工业催化剂。     

La、Ba的添加对Pd/Y2O3-ZrO2催化氧化CH4性能的影响

以浸渍法制备了1.0%Pd/Y2O3-ZrO2催化剂,考察了Pd负载过程中La和Ba的添加对Pd/Y-ZrO2催化氧化CH4性能的影响,用BET、XRD、CO脉冲、TEM和H2-TPR等方法对所制备的催化剂进行表征。结果表明,La和Ba的添加降低了Pd/Y2O3-ZrO2催化剂氧化CH4的活性。催化剂中活性金属的分散度及体相PdO的还原性影响催化剂对CH4的氧化活性,La、Ba的添加降低了Pd/Y2O3-ZrO2催化剂中活性金属Pd的分散性,使Pd在高温老化后更容易团聚,同时增强了PdO与载体的相互作用,使PdO不容易被还原。     

碳载纳米钯催化剂半工业级制备工艺研究

对浸渍方法，活性碳载体，还原方法进行了筛选试验。结果表明：浸渍方法决定Pd/C催化剂中钯粒子粒度的大小，在载体上的分布均匀性及催化活性；还原方法是决定催化活性大小的又一决定性因素，活性碳载体的性质也影响催化剂的性能，根据试验结果，选择了较佳的浸渍方法S-6，C-8活性碳，还原方法R-4，建立了半工业级的生产工艺，用此工艺可生产出钯粒度3-10nm，催化活性等于或优于日本同类产品的催化剂。     

不同载体对甲醇分解钯催化剂性能的影响

用浸渍法制备了Pd/γ-Al2O3和Pd/Ce0.65Zr0.35O22种甲醇分解催化剂。采用XRD,NH3-TPD(NH3-Temperature-Programmed Desorption),XPS及H2-TPR(H2-Temperature-Programmed-Redution)等手段对2种催化剂的结构和性能进行表征,并考察了催化剂上甲醇低温分解的活性。结果表明,Pd/Ce0.65Zr0.35O2催化剂具有较弱的表面酸性及良好的低温还原性能;XPS结果表明2种催化剂中的Pd均以氧化态形式存在,并且Pd在Ce0.65Zr0.35O2固溶体上呈高度分散状态,Pd与Ce间具有较强的相互作用。结合活性考察可知,Pd+的存在有利于甲醇的分解。Pd/Ce0.65Zr0.35O2催化剂具有高的催化活性,220℃时甲醇转化率接近100%。     

Enhanced catalytic performance for selective oxidation of propene with O_2 over bimetallic Au-Cu/SiO_2 catalysts

Au-Cu bimetallic nanoparticles with uniform size,shape,and compositions were synthesized by wet chemistry method,and then the Au-Cu/SiO_2 catalyst supported on SiO_2 was prepared.Meanwhile,their catalytic activity for the selective oxidation of propene to acrolein using O_2 as an oxidant was evaluated.The bimetallic catalyst shows a significantly enhanced catalytic performance comparing with Au and Cu monometallic catalysts.Characterization of the materials and kinetic study was conducted to explore the cooperating mechanism of Au and Cu for improving the catalytic activity of the bimetallic catalyst.Cu component can segregate to the alloy surface and the Au-Cu alloy transferred to Au-CuO core/shell structure after annealing during the preparation process.Based on the Mars-van Krevelen mechanism for the selective oxidation of propene over the prepared catalysts,the coexistence of CuO can promote the adsorption and activation of O_2.Meanwhile,the electrons transfer from Au to Cu in the catalyst can facilitate the adsorptions of both oxygen on CuO sites and propene on Au sites.The combined effects of the above two aspects result in the high catalytic activity of the Au-Cu/SiO_2 catalyst for selective oxidation of propene to acrolein,compared to the Au/SiO_2 and CuO/SiO_2 catalysts.     

PtPb/ C 催化剂的制备及其对甲酸电氧化的催化性能

目的通过Pb元素的添加来提高Pt/C催化剂电催化氧化甲酸的性能。方法通过乙二醇协助硼氢化钠还原法,以氯铂酸为Pt源和硝酸铅为Pb源制备不同原子比的PtxPb/C催化剂。采用X射线衍射光谱法(XRD)和透射电子显微镜技术(TEM)表征样品的晶体结构和颗粒形貌;采用循环伏安法表征样品催化氧化甲酸的性能。结果利用乙二醇协助硼氢化钠还原法成功制得了Pt和Pb原子比不同的PtxPb/C催化剂,XRD和TEM测试结果表明这些样品均为Pt的面心立方结构,且颗粒大小均一、分散均匀,其平均粒径为4 nm左右。循环伏安测试结果表明PtxPb/C催化剂催化氧化甲酸的性能优于商业Pt/C催化剂的催化性能,且受Pt和Pb原子比的影响,当原子比为5∶1时,其对氧化甲酸的催化性能最好,峰电位对应的Pt的比质量活性达到2000 m A/(mg Pt),远远高于商业Pt/C,同时计时电流曲线表明其具备良好的稳定性。结论 Pb原子的加入影响了Pt原子的电子结构,与Pb对Pt的协同作用共同促进了CO等中间产物在Pt表面的快速氧化,降低了催化氧化甲酸的初始电位,促使甲酸在低电位直接氧化为CO2和H2O,提高了其催化氧化甲酸的峰电流,有效减轻了Pt中毒,提高了其催化活性。