铂-氧化铈/聚苯胺/聚砜复合膜电极的制备及对甲醇的电催化氧化
将铂金(Pt)分散在多孔性聚甲氧基苯胺(POMA)中实现甲酸的高效电催化氧化
将铂金(Pt)分散在多孔性聚甲氧基苯胺(POMA)中实现甲酸的高效电催化氧化摘要:将铂金纳米粒子分散在多孔性聚甲氧基苯胺薄膜上,制备一种以铂金为主要材料的复合焊条材料,这种材料通过在玻璃碳(GC)电极上电聚合而产生。
该pt/POME/GC电焊条已经通过SEM,EDX和电化学分析。
而且,循环伏安法和计时电流法证实,该复合电极材料在甲酸氧化过程中展现出优越电催化性能,从而颇受好评。
相对于铂金分散在赤裸的玻璃碳上,pt/POME/GC复合材料在甲酸电氧化过程中展现出更高的催化能力和更强的抗腐蚀能力。
这些性能的提高得益于Pt和POMA的协同效应。
由于CO除去了循环伏安信号,它在pt/POME/GC材料上的干扰已大大削弱。
这个结果表明POMA薄膜在作为甲酸电催化氧化方面的主要材料有着巨大潜能。
1介绍作为小型手提电子产品的电源,直接甲酸燃料电池由于它相对于直接甲醇燃烧电池的一些优势,已经引起了广泛关注。
虽然相对甲酸来说甲醇具有更高的理论能量密度,它也存在一些劣势,比如本身的毒性,动力学上缓慢的电催化氧化性,在高聚物薄膜和复杂的反应过程见存在很大交叉。
相反,甲酸是无毒性的,很少具有交叉点,这使得直接甲酸燃烧电池更能被普遍使用。
铂金被广泛应用于甲酸的电催化学氧化。
人们普遍认为甲酸在铂金上的氧化过程有两种途径,即双径路,一个通过脱氢反应形成CO2的直接氧化途径和一个通过脱氢反应形成吸附了的CO作为反应媒介的间接途径。
而且,甲酸在铂金表面的氧化主要通过第二种途径,导致铂金被CO破坏,因此催化性能降低。
为了降低破坏,已付出了许多努力,主要是通过修复铂金表面,比如以铂金为主的双金催化剂,铂金和包含15个原子以上的大环组成的共催化剂,锰氧化单个纳米晶体改良的铂金催化剂。
虽然在某种程度上是有效的,但也有如价格昂贵等不足。
至今,用于导电高分子材料的铂金复合材料(CPs),如聚苯胺,聚吡咯,聚噻吩等,在电催化研究领域备受瞩目。
氧化铈纳米复合催化材料的制备和电化学性能研究
氧化铈纳米复合催化材料的制备和电化学性能研究氧化铈纳米复合催化材料的制备和电化学性能研究一、引言氧化铈是一种重要的催化剂,其广泛应用于环境保护、能源转化等领域。
然而,纯氧化铈的催化性能有待改进,因此研发氧化铈纳米复合催化材料成为研究的热点之一。
本文将重点探讨氧化铈纳米复合催化材料的制备方法以及其在电化学性能方面的研究进展。
二、氧化铈纳米复合催化材料的制备方法1. 模板法模板法制备氧化铈纳米复合催化材料,通常通过选择合适的模板来控制所得纳米材料的形貌和尺寸。
常用的模板包括有机聚合物、胶体颗粒等。
通过将氧化铈前体溶液沉积在模板上,并经过煅烧步骤,可以得到具有高比表面积和特定形貌的氧化铈纳米复合催化材料。
2. 水热法水热法以水为溶剂,在高温高压条件下制备氧化铈纳米复合催化材料。
通过调节水热反应条件,如温度、反应时间和反应物浓度等,可以控制所得纳米材料的形貌和尺寸。
此外,水热法还可以与其他制备方法相结合,如模板法和共沉淀法等,以制备具有特定结构和性质的氧化铈纳米复合催化材料。
3. 共沉淀法共沉淀法是制备氧化铈纳米复合催化材料的常用方法之一。
通过将氧化铈前体溶液和其他金属离子溶液在碱性条件下混合,并加热搅拌,使反应物共沉淀形成氧化铈纳米复合催化材料。
该方法具有简单、易操作等优点,且可以制备多种不同的氧化铈纳米复合催化材料。
三、氧化铈纳米复合催化材料的电化学性能研究1. 催化活性研究氧化铈纳米复合催化材料在催化反应中具有出色的催化活性。
例如,氧化铈纳米复合催化材料在催化有机废水降解、气体净化等方面表现出良好的效果。
研究人员发现,氧化铈纳米复合催化材料的催化活性与其特定的晶体结构和表面活性位有关。
因此,进一步研究氧化铈纳米复合催化材料的晶体结构和表面活性位分布对于改善其催化活性具有重要意义。
2. 电催化性能研究氧化铈纳米复合催化材料还具有良好的电催化性能,可以应用于能源领域。
例如,氧化铈纳米复合催化材料可作为电化学催化剂用于燃料电池和电解水器等设备中。
载铂聚苯胺_聚砜复合膜修饰电极对甲醇的电催化氧化行为研究
50mV / s, 即得载铂PAN /PSF复合膜修饰电极。
把PAN /PSF复合膜和载铂PAN /PSF复合膜轻
轻从工作电极上剥下来用于FT IR 和SEM 测试。
1. 3 测试方法
1. 3. 1 电化学测试 在电化学工作站上进行。采
表面积等因素都能影响催化剂性能。研究发现, 一
些催化剂载体存在大的表面积, 并且和催化剂之间
存在相互作用, 这些载体担载的催化剂具有高且稳
定的催化活性。最近研究较多的催化剂载体有活性
炭、炭黑、碳纳米管和导电聚合物等[ 7-11] 。活性炭和
炭黑表面积小, 被具有独特结构、合适的表面积、低
13619276562, E - m a i:l renlijun. w ind@ 163. com
载铂聚苯胺/聚砜复合膜修饰电极对
甲醇的电催化氧化行为研究
任莉君1, 胡中爱2, 李宗孝1, 王晓梅1
( 1. 宝鸡文理学院化学化工系, 陕西宝鸡 721013; 2. 西北师范大学化学化工学院, 甘肃兰州 730070)
Study on electrocatalytic performance of the
platinum-modified polyaniline /polysulfone composite
film electrodes formethanol oxidation
REN L i-jun
by FTIR spectra, themorphology o f the inner layer composite film after plat inum deposition w as
甲醇在聚苯胺修饰分散铂电极上的电催化氧化
收稿日期:2002207221 作者简介:都君华(1978—),女,山东省人,硕士研究生,主要研究方向为应用电化学。
Biography :DU J un 2hua (1978—),female ,candidate for master.甲醇在聚苯胺修饰分散铂电极上的电催化氧化都君华, 李伟善, 李 红, 黄启明, 陈红雨, 南俊民(华南师范大学化学系,广东广州510631)摘要:用循环伏安法和恒电位法在铂电极上分别制备了分散铂电极、聚苯胺修饰电极及聚苯胺修饰分散铂电极。
并用循环伏安法研究了制备电极在0.5mol/L H 2SO 4溶液中的电化学行为以及对甲醇氧化的催化行为。
分散铂电极对甲醇氧化的最大电流是4.29mA ,是基体电极(0.069mA )的62.2倍。
聚苯胺修饰分散铂电极对甲醇氧化的最大电流(10.2mA )是基体电极的148.0倍,分散铂电极的2.4倍。
分散铂对甲醇氧化的催化作用不仅仅是铂面积增大的结果,还存在纳米效应。
聚苯胺修饰铂电极对甲醇氧化的催化除存在铂进一步分散使面积进一步增大的因素外,还存在铂与聚苯胺的协同作用。
关键词:直接甲醇燃料电池;甲醇;催化氧化;分散铂;聚苯胺修饰分散铂中图分类号:TM 911.4 文献标识码:B 文章编号:10022087X (2003)增20183203Electrocatalytic oxidation of methanol on polyaniline 2modifieddispersed platinum particle electrodeDU J un 2hua ,L I Wei 2shan ,L I Hong ,HUAN G Qi 2ming ,CHEN Hong 2yu ,NAN J un 2min(Depart ment of Chemist ry ,South Chi na Normal U niversity ,Guangz hou Guangdong 510631,Chi na )Abstract :Dispersed platinum particle electrode ,polyaniline electrode and polyaniline 2modified platinum dis 2persed particle electrode were prepared by cyclic voltammetry and potentiostatic methods.The electrochemical behaviour of the electrodes in 0.5mol/L H 2SO 4solution and the oxidation of methanol on them were studied by cyclic voltammetry.The maximum oxidation current of methanol on the dispersed platinum particle electrode is 4.29mA ,which is 66.2times higher than that on the base platinum electrode.However ,the maximum oxida 2tion current of methanol on the polyaniline 2modified dispersed platinum particle electrode is 10.2mA ,which is 148.0and 2.4times higher than that on the bold electrode and the dispersed platinum particle electrode respec 2tively.The electrocatalysis of methanol on the dispersed platinum particle electrode is ascribed to the increasing of the electrode area and nano 2effect due to the micro 2particles.The electrocatalysis of methanol on the polyani 2line 2modified dispersed platinum particles electrode is abscribed to further dis persion of particles by polyaniline as well as the synergistic effect between polyaniline and the platinum particles.K ey w ords :direct methanol fuel cell (DMFC );methanol ;catalytic oxidation ;dispersed platinum ;polyaniline 2modified dispersed platinum 近年来,随着燃料电池的研制和开发,直接甲醇燃料电池的研制和开发引起了人们极大的重视。
聚苯胺修饰电极对甲醇的电催化氧化研究
聚苯胺修饰电极对甲醇的电催化氧化研究过家好;陈俊明;陈忠平;陈君华【期刊名称】《安徽化工》【年(卷),期】2007(033)005【摘要】应用电化学方法制备了Pt/PAn/GC电极,优化了苯胺在玻碳电极上的聚合条件,并对其进行了表征.结果表明,铂微粒在聚苯胺膜电极上具有很高的分散度,电极具有很大的比表面积,Pt/PAn/GC电极对甲醇电氧化的催化活性明显高于Pt/GC 电极和Pt电极,在该电极上甲醇正向扫描和反向扫描时的氧化峰电流为58.68mA/cm2和50.00mA/cm2,为Pt/GC电极的1.6倍和1.7倍,为Pt电极的3.0倍和3.1倍,从而有效地提高了铂的催化活性,并得到在玻碳电极上聚合苯胺的最佳条件为扫描速度50mV/s,扫描上限1.2V.【总页数】3页(P22-24)【作者】过家好;陈俊明;陈忠平;陈君华【作者单位】安徽科技学院化学系,安徽凤阳,233100;安徽科技学院化学系,安徽凤阳,233100;安徽科技学院化学系,安徽凤阳,233100;安徽科技学院化学系,安徽凤阳,233100【正文语种】中文【中图分类】TQ150.1【相关文献】1.载铂聚苯胺/聚砜复合膜修饰电极对甲醇的电催化氧化行为研究 [J], 任莉君;胡中爱;李宗孝;王晓梅2.铂修饰聚苯胺-聚硫堇复合电极对甲醇的电催化氧化 [J], 钟新仙;王志洪;银小玲;王延君;黄寒星;冯崎鹏3.Pt微粒修饰纳米纤维聚苯胺电极对甲醇氧化电催化 [J], 周海晖;焦树强;陈金华;魏万之;旷亚非4.甲醇在铂微粒修饰碳纳米管/纳米TiO2-聚苯胺膜电极上的电催化氧化 [J], 陈忠平;陈君华;过家好;黎少君;张平5.聚苯胺Ni^(2+)膜修饰电极对甲醇的电催化氧化研究 [J], 李念兵;向斌;张胜涛;丁培道因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
聚苯胺/凹凸棒石/聚砜复合膜电极的制备及其电化学性能研究
电容性能 , 在0 . 5 A / g 的电流密度下比电容 可达到 4 6 5 F / g , 且该超级 电容器具有较 小的 内阻和 良好的循环稳定性 。
关键 词 聚苯胺 凹凸棒石 原位聚合
纳米复合材料
中图分类号 : O6 4 6 ; T B 3 3 文献标识码 : A
文章编号 : 1 0 0 0 - 8 0 9 8 ( 2 0 1 3 ) 0 4 - 0 0 4 3 - 0 3
并定量 滴加到玻碳电极 上制得 P A N U A T P / P S F复合膜电极 。采用扫描 电子显微镜( S E M) 和 x射线衍射( X R D) 对样品形貌 、 结构进行表征。利用
循环伏安 法、 交流阻抗及 恒电流充放 电技术研究其电容性 能。结果表 明, 多孔结构的 P A NI / A T P / P S F复合材料在 1 mo l / L H 2 S 0 4 溶液中具有 良好 的
P ANI / A T P / P S F c o mp o s i t e i f l m e l e c t r o d e . T h e mo r p h o l o y g a n d s t uc r t u r e o f s a mp l e w e r e c h a r a c t e i r z e d b y s c a n n i n g e l e c t r o n mi c r o s c o p y( S EM) a n d
( 1 兰州石化职业技术学院 石油化学工程系 , 甘肃 兰州 7 3 0 0 6 0 ;2 西北师范大学 化学化工学院,甘肃省高分子材料重点实验室 ,
甘肃 兰州 7 3 0 0 7 O )
摘
要
采用化学原位聚合法合成 了盐酸掺 杂聚苯胺 / 凹凸棒石 ( P A N I / A T P ) 纳米导电复合材料。以聚砜 ( P S F) 为成膜 剂制得聚合物溶液,
一种提高铂电催化氧化甲酸性能的简单方法
一种提高铂电催化氧化甲酸性能的简单方法李美超;汪伍洋;马淳安【期刊名称】《催化学报》【年(卷),期】2009(030)011【摘要】在离子液体1-乙基咪唑三氟乙酸盐(HElmTfa)中,采用循环伏安法在铂电极表面修饰聚吡咯(PPY),制得PPy-HEImTfa/Pt,并研究了其对甲酸的电催化氧化性能.与相同条件下的铂基底电极相比,PPy-HEImTfa/Pt对甲酸的电催化氧化性能有很大的提高.原位红外光谱表明,PPy-HElmTfa能降低中间体CO等对铂电极的毒化作用,促进甲酸直接氧化生成CO_2.%A platinum electrode was modified with polypyrrole in the ionic liquid I-ethylimidazolium trifluoroacetate (PPy-HEImTfa/Pt) rnusing cyclic voltammetry, and its electrocatalytic performance for the oxidation of formic acid was tested. Compared to the Pt electrode, the electrocatalytic activity of PPy-HEImTfa/Pt for the oxidation of formic acid was greatly improved. The complete oxidation of formic acid to CO_2 was followed by in situ FT-IR, which showed that with PPy-HEImTfa, formic acid oxidation occurred by a direct pathway mechanism and CO poisoning was much decreased.【总页数】3页(P1073-1075)【作者】李美超;汪伍洋;马淳安【作者单位】浙江工业大学化学工程与材料学院,浙江工业大学分析测试中心,绿色化学合成技术国家重点实验室培育基地,浙江杭州,310032;浙江工业大学化学工程与材料学院,浙江工业大学分析测试中心,绿色化学合成技术国家重点实验室培育基地,浙江杭州,310032;浙江工业大学化学工程与材料学院,浙江工业大学分析测试中心,绿色化学合成技术国家重点实验室培育基地,浙江杭州,310032【正文语种】中文【中图分类】O643【相关文献】1.甲酸在纳米金承载铂(Pt^Au)电催化剂上的电化学氧化 [J], 汪远昊;赵丹;徐柏庆2.甲酸在铂钌电极上电催化氧化的原位SERS研究 [J], 杨熊元;张兵;黄芃;丁月敏;叶鹏;钟起玲;任斌;田中群3.钯铂合金纳米晶制备及其甲酸氧化电催化性能研究 [J], 彭美灵;欧阳申珅;王晟;王騊4.用NH4F络合还原法制备的炭载Pd催化剂对甲酸分解的催化性能和甲酸氧化的电催化性能 [J], 沈娟章;唐亚文;陆天虹5.非水体系中铂微盘电极上甲酸的电催化氧化行为 [J], 盛江峰;马淳安;徐意;张诚因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
铂纳米空球的制备及其对甲醇氧化的电催化性能
RAO i i Gu— ’ Sh CHENG i n Me— Qi’ ZHONG a ’ Y n DENG a — n ’ Xio Co g YI e’ i F
CHEN Zh— n i Re ’
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( ol e C e i r n h m cl n ier g Ja g i oma nvri, a c ag3 02 , . hn ; lg h m sya dC e ia gnei , inx r l i sy N nh n 3 0 2P R C ia C e o f t E n N U e t 2ttK y a oaoyo hs a h ms yo S l u csDea t n C e t , ol eo hm&r n Sae e b rtr L fP yi l e ir oi S 咖 e, p r c C t f d met hm ̄r C l g f o y e fC e t a d y
物 理 化学学 报( lHu x e u b o Wui a u e a ) X
O co r t be
A t P y .C i . i. 0 1 2 (o , 3 3 2 7 ca h s一 hm Sn 2 1 , 7 1 )2 7 - 3 8
27 33 W . x . ue uc WWwh bp , . k d a
度为 01 .0mA・ m~ 正扫时, 纳米 空球 的氧化 电位与实心 铂纳米粒 子及铂黑相 比, c , 铂 分别 负移了约 10和 6 1 4
基于氧化铈纳米复合材料的制备及在电化学生物传感器中的应用
基于氧化铈纳米复合材料的制备及在电化学生物传感器中的应用基于氧化铈纳米复合材料的制备及在电化学生物传感器中的应用1.研究背景:氧化铈(CeO2)作为一种重要的金属氧化物材料,在电子、化学、医学等领域都有着广泛应用。
尤其是在电化学生物传感器中的应用,可以发挥出更大的优势。
2.制备氧化铈纳米复合材料:采用化学共沉淀法制备出氧化铈纳米粒子,再与多种纳米材料(如碳纳米管、金纳米颗粒等)复合得到氧化铈纳米复合材料。
3.电化学生物传感器中的应用:利用氧化铈纳米复合材料作为电极材料,搭配酶、抗体等生物分子,可以制备出具有高灵敏度和高选择性的电化学生物传感器。
这些传感器可以用于检测生物分子、环境污染物、药物残留等,具有广泛的应用前景。
4.结论:氧化铈纳米复合材料具有优异的物理化学性质和广泛的应用前景,在生物传感器中的应用可以提高传感器的灵敏度和选择性,为生物医学、环境保护等领域带来更好的解决方案。
5.展望:以氧化铈纳米复合材料为代表的新型纳米材料,在电化学生物传感器领域的应用将会越来越广泛。
未来的研究方向包括:构建更加复杂的氧化铈纳米复合材料以适应不同生物传感器的需求;研究氧化铈纳米复合材料与其它功能材料的协同效应,提高生物传感器的性能;进一步完善生物传感器在应用中的可靠性和实用性。
相信在不久的将来,氧化铈纳米复合材料将为我们带来更多的惊喜和发展机会。
6.总结:本文从制备氧化铈纳米复合材料出发,探讨了其在电化学生物传感器中的应用。
氧化铈纳米复合材料具有许多优异的性质,可以用于制备高灵敏度和高选择性的电化学生物传感器。
在未来的研究中,应更加注重深入探究氧化铈纳米复合材料的特性和性能,以实现更有效的生物传感器设计和应用。
铂钯纳米催化剂的制备及对甲醇的电催化性能
铂钯纳米催化剂的制备及对甲醇的电催化性能化学与材料学院化学专业107012007xxx xx 指导老师:林深【摘要】采用循环伏安法在玻碳电极上制备了铂钯纳米催化剂,用扫描电子显微镜( SEM) 、电子能谱技术(EDS)、X射线光电子能谱分析(XPS)和循环伏安法(CV)研究了催化剂的组成、形貌及其对甲醇电催化氧化活性.结果表明,铂钯双金属的协同作用,相比于纯铂催化剂,对甲醇的电催化氧化有更强的催化活性,且具有良好的稳定性。
【关键词】电沉积;铂钯;纳米催化剂;甲醇电催化氧化直接甲醇燃料电池(Direct Methanol Fuel Cell)为质子交换膜燃料电池(PEMFC)中的一类,它直接使用水溶液以及蒸汽甲醇为燃料供给来源,不需通过重组器,重组甲醇、汽油及天然气等再取出氢以供发电。
直接甲醇燃料电池(DMFC) 低温生电、燃料成分危险性低与电池结构简单等特性使其可能成为可携式电子产品应用的主流,因而成为燃料电池研究中的热点课题[3~4]。
纳米粒子铂晶粒体积小,比表面积大,表面活性中心多,其催化活性和选择性大大提高,是对甲醇电催化氧化最具活性的催化剂[1~2]。
但是铂价格昂贵、资源有限,这些制约了燃料电池的实用化进程。
因此减少贵金属用量、提高贵金属的利用率是直接甲醇燃料电池的研究需重点解决的问题,人们也在不断研究开发利用非贵金属或低含量贵金属催化剂[11]。
人们发现,钯也是良好的催化剂,且价格比铂便宜,可以用作助催化剂[7~8]。
本论文从更换新型载体,添加辅助催化剂,探索纳米催化剂的新制备方法入手,利用循环伏安法简单并且容易控制沉积时间的特点[9],在预处理的玻碳电极上,制得了Pt/Pd纳米催化剂,通过扫描电子显微镜(SEM) 、电子能谱技术(EDS)、X射线光电子能谱分析(XPS)和循环伏安法(CV) 等表征方法,对催化剂的组成、形貌、结构和电催化氧化甲醇活性进行了研究。
1 实验部分1.1 试剂与仪器H2SO4, H 2PtC14,PdCl2 ,氢氧化钠,无水乙醇,甲醇等均为分析纯;超声波清洗器(昆山市超声仪器有限公司);JSM5600型扫描电子显微镜(日本),能量散射光谱(EDS),Quantun-2000X射线光电子能谱,美国NanoScopeⅢ原子力显微镜;CHI 660 C电化学工作站(上海辰华仪器公司)。
石墨烯负载铂基催化剂的制备及其对甲醇的电催化性能
单 一金属 的 P t / G r 相比, P t C e / G r 对 甲醇具 有更 高的活性 和稳 定性 。 不 同配 比 P t C e / G r 合金 催 化 剂
对 甲醇 电氧 化催化 活性顺序 为 P t 3 C e 7 / G r> P t 7 C e / G r> P t R C e , / G r> P t / G r 。 由各 个催化 剂在 甲
Su p po r t e d Pl a t i n um Ba s e d Ca t a l y s t s
L U L e i l e i ,DU Ba o z h o n g,L I U J i e ( F a c u l t y o f S c i e n c e , X i ’ a n U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ,X i ’ a n 7 1 0 0 4 8 , C h i n a )
A b s t r a c t :G r a p h i t e o x i d e( G O)w a s s y n t h e s i z e d b y H u m me r s l i q u i d p h a s e o x i d a t i o n m e t h o d .G r a p h e n e
行物理表征 , 用电化学方法研 究了催化剂对甲醇的电催化氧化性能。T E M 结果表明以石墨烯 为载 体 制备 的 P t / G r 和P t C e / G r 催化 剂 分散 良好 , 催化 剂 粒径 分别 为 2 . 2 n m和 2 . 5 n m。与 X C - 7 2为栽
体 制备 的催 化剂相 比 , 在对 甲醇 电氧 化 的性 能上 P t / G r 比P t / X C - 7 2的催 化 活性 和 稳 定性 更 高 。与
用于直接甲醇燃料电极的阳极催化剂研究
用于直接甲醇燃料电极的阳极催化剂研究作者:王芳于海峰魏杰张迎春陈明鸽洪远新来源:《价值工程》2010年第01期摘要:为了提高直接甲醇燃料电池阳极催化活性,本文研究了三种过渡金属取代磷钼酸修饰铂电极在硫酸溶液中的电化学行为及对甲醇的电催化氧化作用,并利用一氧化碳吸附实验评价了三种过渡金属取代磷钼酸修饰铂电极的抗一氧化碳毒化性能。
结果表明,三种过渡金属取代磷钼酸修饰铂电极均能够提高铂电极的催化活性,其中PMnMo11修饰铂电极对甲醇的催化活性最高,同时铂电极经三种过渡金属取代磷钼酸修饰后抗一氧化碳毒化能力增强。
Abstract:In order to improve the electrocatalytic activity of the anode in the Direct Methanol Feul Cell, three kinds of transition metal substituted phosphomolybdic acid modified platinum electrodes were prepared, and the electrochemical behavior in the sulphuric acid solution of transition metal substituted phosphomolybdic acid modified platinum electrodes and their electrocatalytic effects of methanol oxidation were studyed. The anti-poison effect to carbon monoxide of the prepared electrodes were studied by the carbon monoxide adsorbing.The results show that the three kinds of heteropolyacid modified platinum electrodes have the higher electrocatalytic activity to methanol oxidation, PMnMo11 modified platinum electrode has the highest electrocatalytic activity. Meanwhile the anti-poison effect to carbon monoxide of platinum electrode can been improved by modification of transition metal substituted phosphomolybdic acid.关键词:直接甲醇燃料电池;阳极催化剂;过渡金属取代;PMo12修饰Key words:Direct Methanol Feul Cell;anode catalysis;transition metal substituted;PMo12 modified中图分类号:TM911.4 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)01-0045-02直接甲醇燃料电池由于非常适合作为电动汽车、小型电子设备和便携式移动电源,成为目前燃料电池研究领域的一个热点。
氧化铈掺杂石墨烯负载铂镍催化剂的制备及对甲醇的电催化性能研究
氧化铈掺杂石墨烯负载铂镍催化剂的制备及对甲醇的电催化性能研究王永欣;杨铁金【摘要】采用改进的Hummers法合成氧化石墨烯,以氧化铈掺杂的氧化石墨烯为载体,采用浸渍还原法制备了PtNi3/CeO2/RGO催化剂.通过透射电镜、X射线衍射及X射线光电子能谱对催化剂进行了表征,利用循环伏安法和计时电流法考察了催化剂的活性和稳定性.结果表明,PtNi3/CeO2/RGO对于电催化氧化甲醇具有较高的活性和稳定性,PtNi3/CeO2/RGO在1.0 mol/L KOH+1.0 mol/L CH3OH溶液中的峰电流为406.62 mA/mg.【期刊名称】《高师理科学刊》【年(卷),期】2018(038)001【总页数】5页(P42-46)【关键词】氧化铈;氧化石墨烯;电催化氧化;甲醇【作者】王永欣;杨铁金【作者单位】齐齐哈尔大学化学与化学工程学院,黑龙江齐齐哈尔 161006;齐齐哈尔大学化学与化学工程学院,黑龙江齐齐哈尔 161006【正文语种】中文【中图分类】O643.36发展清洁、高效、可持续发展的新能源已经成为全世界重点关注的问题之一.直接甲醇燃料电池是质子交换膜燃料电池的一种,是一种不需要经过卡诺循环直接将甲醇和氧化剂的化学能转化为电能的发电装置,适合作为移动电源和车用电源等的动力来源[1].石墨烯的出现,引起了全世界研究者的关注,并迅速成为了化学、物理学和生物学等领域的一个研究热点.石墨烯因其良好的导电性、较大的比表面积等优点,成为了燃料电池催化剂广泛使用的载体材料.Zhang X等[2]采用热处理过程合成N,S双掺杂的石墨烯,然后通过溶剂热方法让钯纳米颗粒受控生长,最终合成了N,S双掺杂的石墨烯负载钯纳米粒子多功能催化剂,同时对甲酸和甲醇氧化具有突出的电催化性能.然而,合金纳米粒子在石墨烯表面易团聚和负载量低的问题,仍是需要考虑和解决的关键之一.金属氧化物[3-7],如MnO2,Mn3O4,Co3O4,WO3等均被用作催化剂的载体材料研究过,研究结果证明了这些氧化物材料对金属催化剂具有独特的作用,能够有效改善金属催化剂在醇类燃料电池中的电化学催化性能.氧化铈(CeO2)因为具备独特的富氧功能及高分散金属粒子功能而受到广泛关注.近年来,将氧化铈应用于燃料电池中制备催化剂取得了很好的进展.任红艳[8]等用水热法合成棒状纳米CeO2,并将Pt纳米颗粒负载于CeO2表面,制得的棒状CeO2负载Pt催化剂比颗粒状CeO2负载Pt催化剂具有更强的催化氧化甲醇能力和抗CO中毒能力.Kaur等[9]用CeO2修饰纳米结晶沸石(Nano-ZSM-5),并在碱性介质中修饰玻碳电极,具有30%质量比的CeO2/Nano-ZSM-5对甲醇的氧化表现出较高的催化活性,可能是因为CeO2纳米晶体和具有酸性的大的比表面积Nano-ZSM-5协同作用导致的.本文采用改进的Hummers法合成氧化石墨烯,以氧化铈掺杂的氧化石墨烯为载体,通过浸渍还原法对氧化石墨烯和金属前驱体共还原,制备了PtNi3/CeO2/RGO催化剂,并对其在碱性介质中对甲醇的电催化氧化性能进行了考察.CHI-660E电化学工作站(上海辰华仪器有限公司);80-2型离心沉淀机(江苏金坛市中大仪器厂);H-7650透射电子显微镜(日本日立公司);D8-FOCUS X 射线衍射仪(德国布鲁克公司);ESCALAB250XiX射线光电子能谱仪(美国Thermo公司).石墨粉(化学纯,国药集团化学试剂有限公司);氧化铈(Aladdin industrial Corporation阿拉丁试剂有限公司);氯铂酸(光谱纯,天津市科密欧化学试剂开发中心);五水合氯化镍、硝酸钠、高锰酸钾,以上试剂均为分析纯;98%浓硫酸、30%过氧化氢(国药集团化学试剂有限公司);实验用水均为超纯水.1.2.1 氧化石墨烯(GO)的制备氧化石墨烯的制备采用改进的Hummers 法.量取115 mL 98%的浓硫酸放入300 mL的圆底烧瓶中,冰浴条件下磁力搅拌并加入5.000 g天然鳞片石墨和2.500 g硝酸钠的固体混合物.待固体完全溶解后,将称取的15 g高锰酸钾分多次加入溶液,控制反应温度不超过5 ℃,搅拌反应一段时间后升温到32 ℃左右,并在此条件下搅拌2 h,向反应溶液中缓慢地加入230 mL超纯水,使温度控制在98 ℃左右反应20 min.随后,向容器里加入50 mL过量的H2O2,使溶液的颜色变成亮黄色.趁热过滤,并用超纯水和10%的HCl溶液洗涤直到滤液呈中性.最后将滤饼置于60 ℃的真空干燥箱中干燥,得到氧化石墨.称量0.2 g氧化石墨溶于200 mL超纯水中,超声1 h,置于60 ℃的真空干燥箱中干燥,得到氧化石墨烯(GO),保存备用.1.2.2 PtNi3/CeO2/RGO催化剂的制备在烧杯中加入0.0384 g GO,加入48 mL乙醇-水溶液(体积比1∶1),超声分散1 h,称量0.009 6 g CeO2加入上述溶液中,超声1 h.磁力搅拌下,加入19.34 mmol/L的H2PtCl6溶液1.67 mL和23.56 mmol/L的NiCl2溶液4.12 mL,充分混合0.5 h,慢慢加入0.384 g NaBH4,反应12 h.用超纯水离心洗涤至中性,置于60 ℃的真空干燥箱中干燥,即得PtNi3/CeO2/RGO催化剂,其中Pt和Ni的质量分数为20%.另取0.048 0 g GO,制备PtNi占载体质量20%的PtNi3/RGO催化剂作对比.采用H-7650型透射电镜进行透射电镜(TEM)测试,仪器加速电压为80 kV,将催化剂研磨后加入无水乙醇,超声分散1 h,然后在铜网上红外灯下烘干,置于仪器样品室内观察并拍照.采用D8-FOCUS型X射线衍射仪进行X射线粉末衍射(XRD)测试,CuKɑ射线为光源,管电压40 kV,管电流40 mA.采用ESCALAB 250Xi能谱仪进行X射线光电子能谱(XPS)测试.用CHI660E电化学工作站和三电极体系测试催化剂的电化学性能.玻碳电极(直径3 mm)用作工作电极,铂电极作对电极,Ag/AgCl(KCl饱和溶液)电极作参比电极.用电子天平准确称取0.020 0 g催化剂,加入10 mL超纯水配成质量浓度为2.0 mg/mL的浆液,超声分散1 h,用微量进样器吸取5 μL浆液,滴涂在玻碳电极(R=3 mm)上,自然晾干后使用.电化学测试前向电解液中通入氮气20 min以除去溶解氧.氧化石墨烯和氧化铈掺杂的氧化石墨烯透射电镜图见图1a和图1b.由图1a和图1b可见,氧化石墨烯透明如纱,边缘带有褶皱;氧化铈以棒状掺杂在氧化石墨烯中.PtNi3/CeO2/RGO和PtNi3/RGO的透射电镜图见图1c和1d.由图1c和1d可见,PtNi3/RGO催化剂中金属粒子的负载量很少且分散稀疏.而PtNi3/CeO2/RGO催化剂与PtNi3/RGO相比,虽有轻微的团聚现象,但金属粒子的负载量及密度更大、分散性更好.PtNi3/CeO2/RGO的XRD谱图见图2.由图2可见,样品在2θ=23.5°出现了石墨烯的特征衍射峰.催化剂PtNi3/CeO2/RGO在28.9°,33.7°,47.9°,56.6°,59.6°,70.0°,76.98°,79.5°分别对应着CeO2的(111),(200),(220),(311),(222),(400),(331),(420)晶面,说明CeO2在催化剂中是以面心立方的萤石结构存在.41.3°,46.0°,68.26°,81.7°出现Pt的(111),(200),(220),(311)晶面衍射峰,没有发现单质Ni的特征衍射峰,也没有发现镍的氧化物或氢氧化物的衍射峰,说明催化剂中Ni不是以单质形态存在.PtNi3/CeO2/RGO的(111)衍射峰处于Pt(39.7°)和Ni(44°)之间,说明生成了PtNi合金[10].为进一步考察催化剂活性与其表面物种的化学态之间的关系,对PtNi3/CeO2/RGO进行了XPS表征(见图3).由图3可见,PtNi3/CeO2/RGO纳米复合催化剂在284.86,531.29,71.8,856.16,882.75 eV分别出现了C(1s),O(1s),Pt(4f),Ni(2p),Ce(3d)的信号峰,882.75 eV出现的Ce(3d)信号峰证明了氧化铈成功地掺杂到了石墨烯中.PtNi3/CeO2/RGO中Pt4f的光谱图见图4.由图4可见,催化剂PtNi3/CeO2/RGO中Pt4f峰分裂为Pt4f7/2和Pt4f5/2峰,其中71.75,75.12 eV处分别对应Pt04f7/2和4f5/2结合能,72.72,76.33 eV处分别对应Pt2+4f7/2和4f5/2结合能.计算可知,PtNi3/CeO2/RGO催化剂中Pt0所占比例为65.97%.表明前驱体H2PtCl6中的Pt元素通过浸渍还原法被NaBH4成功地还原出来,并以0价金属的形式负载在载体上.由XPS谱图给出的Pt和Ni表面原子百分比分别为20.64%和79.36%,经计算可知,Pt和Ni表面原子比为1∶3.8,小于Pt和Ni最初的投料比1∶3,可能是由于滴加了过量的NiCl2溶液所致.PtNi3/CeO2/RGO与PtNi3/RGO 2种催化剂在1.0 mol/L KOH+1.0 mol/LCH3OH溶液中,0.1 V/s扫描速率条件下的CV曲线见图5.由图5可见,PtNi3/RGO催化剂的峰电流很小,只有11.65 mA/mg,而PtNi3/CeO2/RGO,催化剂的峰电流较大,达到406.62 mA/mg,是PtNi3/RGO催化剂的峰电流的34.9倍.这表明,当在载体中掺杂了氧化铈后,由于氧化铈优越的储氧功能,可以明显地提高催化剂对于甲醇的氧化能力.在-0.4~0.8 V电位下,PtNi3/CeO2/RGO(a)和PtNi3/RGO(b)在1.0mol/L KOH+1.0 mol/L CH3OH条件下的CA曲线见图6.由图6可见,PtNi3/CeO2/RGO在最初的20 s阶段,衰减的速度较快,之后随着时间的变化,电流衰减速度明显降低;而PtNi3/RGO从一开始电流就急剧降低.PtNi3/CeO2/RGO始终比PtNi3/RGO的电流大且衰减速度慢,说明PtNi3/CeO2/RGO比PtNi3/RGO具有更好的稳定性.本文采用浸渍还原法,制备了氧化铈掺杂的石墨烯负载PtNi合金催化剂.CV和CA检测显示,PtNi3/CeO2/RGO催化剂在1.0 mol/LKOH+1.0 mol/LCH3OH溶液中对于氧化甲醇具有较高的催化活性和稳定性.TEM表征及CV检测结果证实,氧化铈的引入,既可以提高金属纳米粒子的分散度又可以促进甲醇的氧化,从而提高催化剂的利用率和催化性能.【相关文献】[1] Gao H,He L,Zhang Y,et al.Facile synthesis of Pt nanoparticles supported on graphene/Vulcan XC-72 carbon and their application for methanol oxidation[J].Ionics,2017,23(2):435-442[2] Zhang X,Zhu J X,Tiwary C S,et al.Palladium nanoparticles supported on nitrogen and sulfur dualdoped graphene as highly active electrocatalysts for formic acid and methanol oxidation[J].Applied Materials Interfaces,2016,8(17):10858-10865[3] Zhou C M,Wang H J,Peng F,et al.MnO2/CNT Supported Pt and PtRu Nanocatalysts for Direct Methanol FuelCells[J].Langmuir,2009,25(13):7711-7717[4] 聂素连,赵彦春,范杰文,等.高催化活性Pd-Co3O4/MWCNTs催化剂对甲醇氧化的电催化性能[J].物理化学学报,2012,28(4):871-876[5] 陈红,王诗贤,赵万隆,等.Pt/TiO2纳米纤维的制备及其对甲醇的电催化氧化活性[J].物理化学学报,2015,31(2):302-308[6] Sun Z Y,Wang X,Liu Z M,et al.Pt-Ru/CeO2/Carbon Nanotube Nanocomposites:An Efficient Electrocatalyst for Direct Methanol Fuel Cells[J].Langmuir,2010,26(14):12383-12389[7] 周阳,褚有群,刘委明,等.纳米三氧化钨修饰碳纳米管载铂催化剂对甲醇氧化的电催化性能[J].物理化学学报,2013,29(2):287-292[8] 任红艳,刘郑娟,许珊,等.棒状CeO2负载Pt催化剂的合成及其电化学性能研究[J].分子催化,2015,29(2):173-178[9] Kaur B,Srivastava R,Satpati B.Highly efficient CeO2 decorated nano-ZSM‑5 catalyst for electrochemical oxidation of methanol[J].ACS Catalysis,2016,6(4):2654-2663[10] 王星砾,王辉,雷自强,等.Pt修饰的Ni/C催化剂电催化氧化乙醇性能[J].Chinese Journal of Catalysis,2011,32(9):1519-1524。
石墨烯负载铂基催化剂的制备及其对甲醇的电催化性能
石墨烯负载铂基催化剂的制备及其对甲醇的电催化性能路蕾蕾;杜宝中;刘杰【摘要】采用Hummers液相氧化法合成氧化石墨(GO),采用浸渍还原法一步还原氧化石墨和贵金属盐,制备了石墨烯负载铂(Pt/Gr)及不同配比的石墨烯载PtCe合金(PtCe/Gr)催化剂,对催化剂进行物理表征,用电化学方法研究了催化剂对甲醇的电催化氧化性能.TEM结果表明以石墨烯为载体制备的Pt/Gr和PtCe/Gr催化剂分散良好,催化剂粒径分别为2.2 nm和2.5 nm.与XC-72为载体制备的催化剂相比,在对甲醇电氧化的性能上Pt/Gr比Pt/XC-72的催化活性和稳定性更高.与单一金属的Pt/Gr相比,PtCe/Gr对甲醇具有更高的活性和稳定性.不同配比PtCe/Gr合金催化剂对甲醇电氧化催化活性顺序为Pt3Ce7/Gr>Pt7Ce3/Gr>Pt8Ce2/Gr>Pt/Gr.由各个催化剂在甲醇溶液中的i—t曲线可知,Pt3 Ce7/Gr也是抗毒化能力最强的合金催化剂.【期刊名称】《西安理工大学学报》【年(卷),期】2013(029)004【总页数】6页(P416-420,449)【关键词】石墨烯;铂铈合金催化剂;电催化氧化;直接甲醇燃料电池【作者】路蕾蕾;杜宝中;刘杰【作者单位】西安理工大学理学院,陕西西安710054;西安理工大学理学院,陕西西安710054;西安理工大学理学院,陕西西安710054【正文语种】中文【中图分类】O646直接甲醇燃料电池(Direct Methanol Fuel Cell:DMFC)是直接氧化型燃料电池的首选类型之一[1],近年来取得了较快发展,但阳极催化剂甲醇电催化活性低、成本高的问题仍然是制约其商业化的瓶颈之一。
研究人员尝试通过向贵金属中掺杂加速CO等氧化物质[2-4]、采用非 Pt基金属代替 Pt金属[5-7]、寻找新型催化剂载体[8-10]等途径提高阳极催化的利用率和稳定性从而提高其活性并降低贵金属用量。
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了复合膜电极对甲醇的电催化氧化性能。 结果表明, 复合膜的双层多孔结构使铂粒子与 CO 粒子在复合膜 e:
内层 的多孔聚苯氧化f/ 粒 0n C O % 铂一 , 聚苯胺/ 聚砜 复合膜修饰 电极对 甲醇有很好的电催化 氧化性 能和高的稳定性 。
积铂粒子 , 制得 了铂 一 铈 / 苯胺 / 氧化 聚 聚砜 的复 合 膜 修 饰 电极 。复 合 膜 的形 貌 和 化 学 组 分 通 过 冷 场 发 射 扫 描
电子显微镜 ( o E S M) C l F —E 和能量散射 X射线谱 ( D ) d E S 进行 了表征 , 用循 环伏安法 和电化学交流 阻抗 法考察
通讯联系人 : 冯晓娟 , 讲师 ; ・ a : nx o a8 0 ao .n 研究方 向: E m i f gi j n 2 @yhoc ; le a u 新能源材料
常会 表现 出较高 的储 氧 能 力 , 因此 C O 有 望 在 电催 化 中成 为 良好 的 复 合 催 化 剂 [ ] e 6 。另 外 , - 8 近年 来 , D C MF 的研究 热点 也集 中于如 何增 大 电极 的有 效表 面 积 以提 高 电极 的催 化 活性 。目前研 究 较 多 的载 体 有炭黑 、 活性 炭 、 纳米 管及 导 电聚合物 等 。 炭 黑表 面积小 , 碳 , 被具 有独特 结 构 、 适 的表 面 积 、 电阻 合 低 和 高稳 定性 等特 点 的碳 纳米 管所 取代 。但碳 纳米 管作 为催化 剂载 体也有 一些 缺点 , 有很 强 的疏 水性 , 如
第2 8卷 第 3期
21 0 1年 3月
应 用 化 学
CHI S OURN P I NE E J AL OF AP L ED CHEMI T S RY
V0 . 128 No. 3 M a . 0l1 r2
铂一 氧化 铈/ 苯 胺/ 砜 复 合 膜 电极 的 制 备及 聚 聚 对 甲醇 的 电催 化 氧 化
不能被 水溶 液浸 润 , 因此 , 属催化 剂不 易牢 固地沉 积粘 附在 碳 纳米 管上 , 易 团聚 。在导 电 聚合 物 金 且
中, 常用 的载体有 聚 吡咯和 聚苯胺 等 , 由于其 表 面致密且 质脆 , 但 使催 化剂 易 团聚 、 落 , 脱 限制 了其应用 。 所以, 研究 制备具 有亲水 性 的柔韧 性好 、 面积大 的催化 剂载体 具有 实用价 值 。本 文采 用 电化 学 聚合法 表 成功制 备 了 C O 掺杂 的聚苯胺/ e 聚砜双 层 多孔 的网状结 构 , 以此 为载体 , 并 用循 环伏 安 法在 上 面 电沉积
铂粒子 , 探讨 了其 对 甲醇 的电化学 活性 和稳定 性 。
1 实 验 部 分
1 1 试 剂和 仪器 .
苯 胺 ( 用前 在 N 气保护 下减 压蒸 馏 并储 存 在 4 ℃ 的冰箱 中 )硝 酸铈 、 使 : 、 氯铂 酸 、 , 二 甲基 乙酰 , Ⅳ一 v 胺、 甲醇 、 酸均 为分析 纯试剂 ; 硫 聚砜 ( lrh M 2 gm 1 , 用前 在 6 Adi , = 6k/ o)使 c 0℃下 真空 干燥 ; 实验 中所用
冯 晓娟 石彦 龙。 王永生。 敏世雄。 胡 中爱b
( 河 西 学 院 化 学 系 张 掖 7 4 0 ; 北 师 范 大 学 化 学 化 工 学 院 兰 州 ) “ 30 0 西
摘
要
采用 电化学聚合法制备 了掺杂 C O 纳米粒子的聚苯胺( A ) 聚砜 ( S ) e: P N/ P F 复合膜 电极 , 其上 电沉 在
关 键 词 铂 ・ 化 铈/ 氧 聚苯 胺 / 聚砜 复合 膜 电极 , 电催 化 氧 化 , 甲醇 中 图分 类 号 :6 6 0 4 文献标识码 : A 文章 编 号 :0 0 )1 (0 1 0 432 6 10 45 8 2 1 )3 0 4 ) )
DO : 0 3 2 / P. . 0 5 2 1 0 3 1 I l . 7 4 S J 1 9 . 01 . 0 l
剂 P 基上 掺杂 一些金 属氧 化物对 于 甲醇 的催 化 氧化有很 好 的效果 , f 这是 因为 金属 氧化物 的加入 可 以促 进 P t电极 上活性 氧 O 的 吸附和 C H O的脱 附 。考虑 到 C O 具 有 特定 的 氧化 还原 性 能 ( e C ¨ ) 通 e C / e ,
的溶液 用二次 水 配制 。 JM- 0 F型冷 场发射 型扫 描 电子显微镜 ( S 6 1 7 日本 电子 光学 公 司 ) N R N S s m SX型 能量 散射 x ; O A yt I e
2 1-52 0 00 -6收稿 ,0 0 72 2 1- -8修回 0 河西学院西部资源环境化学重点实验室基金资助项 目( z 7 6 x 00 )
产 物所毒 化 。因此 , 一些 研 究组 研究 了能抗 甲醇氧 化 中问产 物 毒化 的 P 基二 元合 金 、 元合 金 以及 P t 多 t
和过 渡金 属氧化 物 的复合 催化 剂 , P—u、t n P.u0 和 P. x等 。许 多研究 者发 现 , 如 t P— 、t .s R s R t WO 在催 化
直接 甲醇燃 料 电池 ( MF ) 有结 构简单 、 量轻 、 D C具 质 体积小 、 比能量 密度 高 、 修 方便 和 容易 操作 等 维 特点 , 是便 携式 电子设 备 、 移动 电话 和电动 汽车理 想 的动力 电源 … 。但 长期 以来 影 响直接 甲醇燃 料 电池 的商 业化 因素之 一是 通常 使用 的 P 催 化 剂对 甲醇 氧 化 的 电催 化 活性 较低 且 易被 甲醇 氧化 产 生 的 中间 t