碱熔-电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)法测定碳载钌催化剂中钌

钌作为一种酸难溶物质,在经过常规酸溶处理后,利用电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)进行测定时,其检测准确性较低。为了准确分析贵金属催化剂中钌的含量,本研究设计了一种碱熔-电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)方法。实验过程中,采用氢氧化钾进行样品熔解,经盐酸酸化后定容,选择钌267.876 nm为分析谱线进行测定。经过一系列实验探索,确定了0.4 g样品加入2.0 g氢氧化钾,在400℃的马弗炉内加热反应5 min为最适宜的熔解条件。该元素的校准曲线线性相关系数可达0.999,检出限为0.019 mg/L。将该实验方法应用于样品中钌的测定,测定结果的标准偏差及加标回收率均在允许范围内,可满足碳载钌催化剂中钌含量测定需求。

氮掺杂碳载钴催化剂制备及其TG-FTIR和XRD光谱分析

以三聚氰胺甲醛树脂预聚体为氮源、碳源,以乙酸钴为金属前驱体,制备氮掺杂碳载钴氧还原电催化剂。利用傅里叶变换红外光谱与热重联用(thermogravimetry-fourier transform infrared spectroscopy,TG-FTIR)、X射线衍射光谱分析(X-ray diffraction spectra,XRD)等研究了催化剂的制备过程和结构,采用旋转圆盘电极测试(rotating disc electrode,RDE)考察了制备过程中不同炭化温度对催化剂氧还原催化活性的影响。结果显示,在惰性气氛中,随炭化温度升高,样品中部分有机基团以CO,CO2,HCHO,NH3,NO2等形态随保护气流失,催化剂结构出现明显变化,形成典型的面心立方结构。旋转圆盘电极测试结果表明,所制备的催化剂都具有较好的电催化活性,氮掺杂碳载钴催化剂的氧还原起始电位在0.5V(vs.SCE)左右,炭化温度为700℃时制备的催化剂具有最高电催化氧还原活性。

大孔碳载Ir催化剂对氧还原的电催化性能和抗甲酸能力

采用X射线能量色散谱(EDS)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱和电化学等技术研究了直接甲酸燃料电池(DFAFC)中Vulcan XC-72碳黑载Ir(Ir/XC)和大孔碳载Ir(Ir/MC)催化剂对氧还原的电催化性能和抗甲酸能力.发现Ir/MC催化剂对氧还原的电催化性能优于Ir/XC催化剂,氧起始还原电位比在Ir/XC催化剂上正移0.1 V,极限电流密度比在Ir/XC催化剂上大30%左右.由于在Ir/MC和Ir/XC催化剂中Ir粒子的平均粒径和结晶度相似,因此,两种催化剂的性能差别可归结于与XC相比MC有较大的孔径和孔率及较高的石墨化程度,这说明MC是一种比XC更好的催化剂碳载体.另外,两种催化剂都有很好的抗甲酸能力.

炭载Ir-Co催化剂的制备及其对氨氧化的电催化性能

通过液相化学还原法制备了炭载Ir-Co(Ir-Co/C)催化剂。X射线衍射测试表明,Co原子进入了金属Ir的晶格中,形成了Ir-Co合金,并导致了Ir晶格收缩。透射电子显微镜观察表明,Ir-Co纳米颗粒均匀分散在炭载体表面,没有出现Ir/C催化剂中金属Ir严重团聚的现象。电化学测试表明,与炭载Ir(Ir/C)催化剂相比,NH3在Ir-Co/C催化剂电极上氧化的起始电位负移,峰电流密度增大,增加了检测灵敏度和降低了检出限,表明Ir-Co/C催化剂对NH3氧化的电催化性能明显优于Ir/C催化剂。Ir-Co/C催化剂在电化学氨气传感器中有良好的应用前景。

直接甲酸燃料电池氧还原碳载Au-Ir催化剂的电催化性能

用四氢呋喃(THF)络合还原法分别合成并比较了碳载金(Au/C)、碳载铱(Ir/C)、碳载金-铱(Au-Ir/C)催化剂对氧气还原和甲酸氧化的电催化活性.发现3种催化剂对甲酸氧化都没有电催化活性;Au-Ir/C催化剂对氧还原的电催化活性要远好于Au/C和Ir/C催化剂.表明Au-Ir/C催化剂适合作为直接甲酸燃料电池(DFAFC)的阴极催化剂.

碳载Pt-TiO_2复合催化剂对甲醇氧化的电催化性能

报道了通过化学还原和溶胶 -凝胶法制备不同组成的 Pt-Ti O2 /C催化剂及其对甲醇的氧化反应 .结果表明 ,该催化剂具有很好的电催化活性和稳定性 .催化剂中的 Ti和 Pt的原子比为 1 /2时 ,催化剂的性能最好 .在 5 0 0℃下热处理后 ,催化剂的性能得到进一步的改善 .这种催化剂有望能在 DMFC中获得实际使用 .

磷钨酸对甲酸在碳载Pd催化剂上电氧化的促进作用

利用X射线能量色散(EDS)谱、X射线衍射(XRD)谱和电化学等技术研究了电解液中磷钨酸(PWA)对直接甲酸燃料电池(DFAFC)中甲酸在碳载Pd(Pd/C)催化剂上电氧化的促进作用.研究结果发现,因吸附的PWA能促进甲酸在Pd/C催化剂上的脱氢而加速了甲酸的电氧化.这种促进作用与PWA的浓度有关,当PWA的浓度低于0.15 mg/mL时,该促进作用随PWA的浓度的增加而增加;当PWA的浓度高于0.15 mg/mL时,过多吸附的PWA会覆盖过多Pd/C催化剂的活性点而使其电催化性能随PWA的浓度增大而降低.因此,当电解液中PWA的浓度为0.15 mg/mL时,Pd/C催化剂对甲酸氧化的电催化性能最好.

硅钨酸修饰碳载Pd催化剂对甲酸氧化的电催化性能

用络合还原法合成了用作直接甲酸燃料电池(DFAFC)中阳极碳载Pd(Pd/C)催化剂,并研究了电解液中的硅钨酸(SiWA)对甲酸在Pd/C催化剂电极上氧化的促进作用.结果表明,SiWA不但能提高Pd/C催化剂对甲酸氧化的电催化活性,而且能增加电催化稳定性.这种促进作用与SiWA浓度有关.当SiWA浓度为0.40g·L-1时,促进作用最佳.当SiWA浓度大于0.40g·L-1时,由于过多的SiWA吸附在Pd/C催化剂上而覆盖了部分Pd活性位点,反而会降低促进作用.另外,由于SiWA在Pd/C催化剂上的吸附,降低了CO的吸附量,提高了Pd/C催化剂对甲酸氧化的电催化稳定性,也促进了甲酸通过直接途径氧化.

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～ 1 0nm、催化活性等于或优于日本同类产品的催化剂。

用于质子交换膜燃料电池的碳载铂电催化剂

以甲醛为还原剂 ,氯铂酸为原料 ,XC 72碳黑为载体 ,制备了不同铂含量的碳载铂电催化剂 ,并用BET ,XRD ,TEM和循环伏安法对催化剂进行了表征 ,用质子交换膜燃料电池单电池对催化剂性能进行了评价 .结果表明 ,铂晶粒主要吸附在碳黑的表面和大孔中 .当催化剂的铂载量由 2 0 %提高到 40 %时 ,由于铂颗粒占据部分碳黑表面 ,使催化剂的孔体积和比表面积都有所减小 ;当铂载量进一步提高到 60 %时 ,由于铂晶体颗粒形成的微孔开始占一定分率 ,使催化剂的总体积和比表面积的减小幅度下降 .铂晶体颗粒大小在 2～ 4nm范围内 ;随着铂载量的提高 ,表面铂有部分聚结 ,铂晶体的粒径增大 ,催化剂的电化学比表面积减小 .铂载量为 40 %时 。

不同载量Ir／C催化剂对氨氧化的电催化性能

研究电流型电化学氨气传感器阳极碳载Ir(Ir/C)催化剂电催化NH3氧化性能.实验表明,在NaC lO4中性电解液中,Ir/C催化剂对NH3氧化的电催化性能与Ir载量有关.其中以Ir载量为10%(by m ass)的Ir/C催化剂的电催化性能最好,稳定性和灵敏度也最高.此外,NH3在不同载量的Ir/C催化剂上电催化氧化的电流密度与NH3浓度均呈现出良好的线性关系,此类Ir/C催化剂在电流型电化学氨气传感器中可望有良好的应用前景.

碳载Pt-P催化剂对氧还原的电催化性能

用NaH2PO2液相还原方法制得碳载Pt-P(Pt-P/C)催化剂(m(Pt):m(P)=5:1)。X射线衍射谱测量表明,Pt-P/C催化剂的Pt衍射峰的2θ值稍大于Pt/C催化剂的相应值,表明P进入了Pt晶格,形成了Pt-P合金。电化学测试表明,Pt-P/C催化剂对氧还原的电催化性能要比商品化的E-TEKPt/C催化剂好,其还原电位正移了40mV。由于Pt-P/C催化剂中Pt-P粒子的平均粒径和相对结晶度与Pt/C催化剂相似,推测Pt-P/C催化剂对氧还原的电催化性能好于Pt/C催化剂的原因可能为P的作用。

磷钨酸对甲酸在碳载Pt催化剂上电氧化的促进作用

用X射线能谱(EDS)、X射线衍射(XRD)和电化学等测试技术研究了电解液中的磷钨酸(PWA)对甲酸在碳载Pt(Pt/C)催化剂电极上氧化的促进作用。结果表明,PWA不但能提高甲酸在Pt/C催化剂电极上氧化的电催化活性,而且也能提高其电催化稳定性。这种促进作用与电解液中PWA的浓度有关,当电解液中PWA的质量浓度为0.10 g/L时,这种促进作用最佳。这主要是由于电解液中PWA质量浓度>0.10 g/L时,吸附到电极表面的PWA的量太多,占据了Pt/C催化剂电极中Pt表面的部分活性位点,从而降低了催化剂的电催化性能。

载气气氛对Co/MgMoO_4催化剂CVD法高效合成碳纳米材料的影响

High yield and quality mutli-walled carbon nanotube (MWNT) bundles and carbon nanofibers were synthesized by catalytic decomposition of methane over Co/MgMoO4 catalyst at 1 000 ℃. TEM studies showed that the products were mainly carbon nanofibers without carrier gas and were all MWNT bundles with hydrogen or nitrogen as carrier gas. Thermal gravimetric analyses (TGA) on the raw product indicated that the purity of MWNT was higher than 95wt%. The growth mechanism of carbon nanofibers and MWNTs was also discussed.

碳载PdCo催化剂的制备和对氧还原的电催化性能

直接甲醇燃料电池(DMFC)的一大问题是甲醇易透过Nafion膜而使电池性能降低,因此阴极催化剂必须对甲醇氧化无电催化活性而对氧还原有好的电催化性能.本文采用直接热分解法在不同温度下用有机Pd盐热分解来制备碳载PdCo(PdCo/C)催化剂,发现制得的PdCo/C催化剂具有较小的平均粒径及较好的PdCo合金化程度,因此对氧还原有很好的电催化活性.其中,在200℃条件下制得的高度合金化的PdCo纳米粒子的平均粒径最小,因此它表现出最好的对氧还原的电催化活性,起始氧还原电位为0.69V.

钯钌原子比对碳载Pd-Ru催化剂催化H_2O_2电还原性能影响

利用化学还原法制备了不同原子比的碳载Pd-Ru催化剂,考察了钯钌原子比对碳载Pd-Ru催化剂催化H2O2电还原反应性能的影响。研究结果表明,随着Ru元素的增加,碳载Pd-Ru催化剂的粒径逐渐减小,各催化剂上H2O2电还原反应的起始还原电势稳定在0.82V,电流密度先增大后减小。当Pd∶Ru=1∶1时,PdRu/C催化剂表现了最好的催化性能。

直接热分解法制备的碳载Pt-Sn催化剂对乙醇氧化的电催化性能

以Pt(NO3)2和SnO为前驱体采用直接热分解法制备了碳载Pt-Sn(Pt-Sn/C)催化剂.用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)和X射线光电子能谱(XPS)等技术对催化剂进行了表征,用循环伏安法和CO溶出等方法研究了催化剂对乙醇氧化的电催化性能.结果表明,Pt-Sn/C催化剂中的Pt-Sn粒子具有Pt-Sn合金粒子外壳和SnOx粒子为核的核壳结构,对乙醇氧化的电催化性能优于商业化的碳载Pt(Pt/C)催化剂.

碳载PdPb催化剂的制备及对甲酸氧化的电催化性能

采用液相还原共沉积法制备出高活性纳米电催化剂PdPb/C,研究发现,碳载Pd催化剂中加入Pb能够提高催化剂对甲酸的电氧化活性,并改变甲酸氧化的反应机理.少量Pb的加入能够提高催化剂中活性粒子的分散度,且大幅度提高催化剂对甲酸氧化的电催化活性.当催化剂中Pd与Pb的质量比为8∶1时,对甲酸的电氧化活性最高,峰电流密度约为Pd/C催化剂上的180%;而当Pd与Pb的质量比为2∶1时,催化剂对甲酸氧化的稳定性最好.

碳基纳米结构作为燃料电池催化剂载体的研究进展

质子交换膜燃料电池的主要商用催化剂是碳负载铂纳米粒子体系,其中碳的形式主要是碳黑。然而Pt属于贵金属,价格高、储量低,严重阻碍了PEMFCs的商业化进程。新型碳基纳米材料的不断涌现以及对其性能研究的不断深入,为解决上述问题带来了可能。越来越多的研究显示,基于新型碳基纳米材料的担载体系,不但能够提高Pt的利用率,降低所需的Pt担载量,还能提升催化剂的稳定性和催化活性等,从而高效地提升担载型催化剂的性价比。概述了近年来碳基纳米材料作质子交换膜燃料电池催化剂载体的研究进展,并讨论了未来的发展方向以促进质子交换膜燃料电池的大规模商用。

碳载Pt-TiO_2阳极催化剂对甲醇氧化的电催化活性和稳定性

近年来,直接甲醇燃料电池(DMFC)由于使用液体燃料而越来越受到重视,但目前DMFC存在的一个普遍的问题是常用的Pt阳极催化剂易被甲醇氧化的中间产物所毒化.因此,一些研究者研究了能抗甲醇氧化的中间产物毒化的Pt二元合金或Pt和过渡金属氧化物复合催化剂,如Pt-Ru[1]、Pt-Sn[2]、Pt-WOx[3]等.考虑到TiO2在酸性溶液中的稳定性,Hamnett研究组[4]和我们研究组[5]发现Pt-TiO2/Ti复合电极对甲醇氧化有很好的电催化活性和抗中毒的能力.本文报道了制备能在DMFC中实际使用的碳载Pt-TiO2催化剂(Pt-TiO2/C)的方法和比较了Pt-TiO2/C和Pt/C电极对甲醇氧化的电催化活性和稳定性.用固相法制备含Pt 20%的Pt/C催化剂[6],将制得的Pt/C催化剂和Ti(OBu)4按摩尔比1∶1的比例悬浮在乙醇中,超声波震荡并加水,使Ti(OBu)4完全水解成TiO2,并均匀沉积到Pt/C催化剂上,洗涤,真空干燥,500℃热处理得Pt-TiO2/C催化剂.