纳米材料及其在电催化领域的研究进展

综述了纳米材料的小尺寸效应、体积效应、表面效应、量子尺寸效应等特性,并详细介绍了不同纳米催化材料的分类与制备方法。此外,进一步介绍了纳米电催化材料所具有的特殊性质,概述了近年来人们对纳米电催化剂的研究成果和其在电催化领域中的一些应用,并详细介绍了用于直接甲醇燃料电池中对甲醇催化氧化的纳米电催化剂的研究现状。对今后纳米电催化材料的研究方向进行了展望。

PtRu／C和PtNi／C催化剂合成及其对甲醇氧化的电催化性能

采用微波多元醇法合成PtRu/C和PtNi/C催化剂,利用透射电镜(TEM)和X-射线衍射仪(XRD)对催化剂的微观结构和形貌进行了表征.结果表明,在催化剂中PtRu和PtNi合金纳米粒子的平均粒径分别为2.7和3.0nm,粒径均匀,并高度均匀地分散在碳载体上.电化学测试结果表明,与Pt/C催化剂相比,PtRu/C和PtNi/C催化剂对甲醇的电化学氧化具有更低的起始电位和更稳定的极化电流,说明PtRu/C和PtNi/C催化剂对甲醇氧化具有更稳定的电催化性能和更好的抗CO中毒性能.这是由于合金催化剂中的Ru和Ni可以在较低的电位下与其表面吸附水形成含氧物种,使Pt表面吸附的CO等中间物氧化为CO2,避免了催化剂的CO中毒.

Pt／CNTs电催化剂制备的UV-Vis、FTIR和XRD光谱分析

采用在乙二醇溶液中添加十二烷基硫酸钠(SDS)作为稳定剂的调变乙二醇还原法,制备了高分散的碳纳米管(CNTs)负载Pt电催化剂Pt/CNTs。利用紫外-可见(UV-Vis)、傅里叶变换红外(FTIR)和X射线衍射(XRD)光谱研究了催化剂的制备过程和结构,考察了Pt/CNTs制备过程中SDS的添加对其结构和甲醇电催化氧化活性的影响。结果表明,在乙二醇溶液中PtCl62-与SDS形成了配合物,PtCl62-能够被乙二醇完全还原;超声处理后的CNTs表面接上了含氧基团,有利于Pt粒子的吸附,催化剂上不残留有SDS;Pt/CNTs电催化剂具有典型的面心立方结构,添加SDS制备的Pt/CNTs-2电催化剂Pt高度分散,粒径更小,达4.5 nm。循环伏安(CV)测试结果表明,添加SDS制备的Pt/CNTs-2电催化剂比传统乙二醇还原法制备的Pt/CNTs-1具有更高的甲醇电催化氧化活性。

铝-空气电池用石墨烯掺杂复合催化颗粒性能实验研究

采用石墨烯(GO)掺杂,以KMnO_4作为苯胺单体聚合引发剂,直接反应合成GO/PANI/MnO_2三元复合催化颗粒,优化MnO_2氧还原反应(ORR)催化性能。采用XRD、FE-SEM研究其颗粒特性和表面形貌,极化曲线、循环伏安、交流阻抗法研究空气电极氧化还原反应过程。结果表明,该复合催化颗粒具有粒度小、比表面积高等特性,空气电极极化和阻抗特性随复合催化颗粒含量不同而变化,GO/PANI/MnO_2在催化剂中占75%时呈现优良催化效果及循环稳定性。含复合催化颗粒的空气电极比单一MnO_2催化颗粒的电极可提升放电平台电压近0.1 V,放电时间延长近100%。所获结果可为复合电化学催化剂组成设计与性能优化提供新数据和技术应用方案。