碳载Pd及碳载Pd-Pt催化剂对甲酸电催化氧化的研究

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本论文主要研究了碳载钯和碳载钯铂催化剂的制备及对甲酸的电催化氧化。用X-射线衍射(XRD),能谱(EDS)和电化学比表面积(ESA)等方法对催化剂进行了表征。采用循环伏安法,线性扫描法,计时电流曲线法,多阶电位法测试了催化剂对甲酸电催化氧化的活性和稳定性。  采用两种不同方法分别制备了Pd/C催化剂。实验结果表明,硼氢化钠还原法制备的Pd/C催化剂对甲酸的电催化氧化具有较高的催化活性和较好的稳定性。  采用两种不同体系分别制备了Pd/C催化剂。实验结果表明,乙二醇体系制备的Pd/C催化剂对甲酸的电催化氧化具有较高的催化活性。  比较三种不同酸度值制备的Pd/C催化剂发现,pH=8~9制得的Pd/C催化剂对甲酸的电催化氧化具有更高的催化活性。  比较两种不同载体即碳纳米管和XC-72活性炭制备的Pd/C催化剂发现,碳纳米管制得的Pd/C催化剂对甲酸的电催化氧化具有较高的催化活性,但是其电势较正,而且碳纳米管的价格较高,不适合用于大规模的生产。  利用硼氢化钠还原法制备了Pd-Pt/C催化剂。实验结果表明,虽然Pd-Pt/C催化剂没有提高对甲酸的催化活性,但Pt的加入,能够使催化剂中的金属Pd更好地分散,降低了催化剂的粒径,增大了催化剂的比表面积,而且使催化剂的稳定性得到提高。当Pd-Pt原子比为2:1时,Pd-Pt/C催化剂对甲酸电催化氧化的性能最佳。研究了甲酸在Pd-Pt/C催化剂电极上电氧化的动力学过程,结果表明甲酸在Pd-Pt/C电极上的氧化是完全不可逆的动力学过程,同时确定了甲酸在Pd-Pt/C电极上氧化的动力学参数:电荷传递系数为0.22,扩散系数为4.8×10-6 cm2·s-1。在不同温度下测试Pd-Pt/C催化剂对甲酸电催化氧化的性能,发现Pd-Pt/C催化剂对甲酸电催化氧化的活性随温度的升高而增大,其反应的活化能随电势的增加而增大,这说明电位越高,甲酸在Pd-Pt/C催化剂电极上的氧化对温度越敏感。在不同浓度下测试Pd-Pt/C催化剂对甲酸电催化氧化的性能,发现Pd-Pt/C催化剂对甲酸的反应级数为1级  此外,还初步研究Pt-Au/C催化剂对甲酸的电催化氧化,金属Au的加入在一定程度上能够提高Pt/C催化剂对甲酸的电催化氧化活性。当Pt与Au的原子比为1:2时,对甲酸的电催化氧化的活性较高,而且稳定性也较好。
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