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利用石墨烯-炭黑组成的二元碳载体增强甲酸在钯催化剂上电化学氧化的活性
  • ISSN号:0253-9837
  • 期刊名称:《催化学报》
  • 时间:0
  • 分类:O643.36[理学—物理化学;理学—化学]
  • 作者机构:[1]齐鲁工业大学化学与制药工程学院,山东济南250353
  • 相关基金:山东省自然科学基金(ZR2016BM31);济南市高校自主创新计划项目(201311035).
中文摘要:

本文采用“一锅法”将氧化石墨烯(GO)、炭黑(C)和钯离子用NaBH4共还原,制备了石墨烯-炭黑二元载体(Gr-C)负载的钯催化剂(20%Pd/Gr-C),用于催化甲酸的电氧化反应.电化学测试结果表明,前驱体GO和C的质量比为3:7的Pd/Gr0.3C0.7催化剂催化活性最好,它的峰电流密度(102.14mAmgPd?1)约为Pd/C催化剂(34.40mAmgPd?1)的3倍,为钯/石墨烯催化剂(Pd/Gr,38.50mAmgPd?1)的2.6倍.甲酸在Pd/Gr0.3C0.7催化剂电极直接氧化时的峰电位比Pd/C催化剂的峰电位负移约120mV,比Pd/Gr催化剂的峰电位负移约70mV.采用透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、拉曼光谱、电感耦合等离子发射光谱(ICP-AES)等手段对催化剂进行了表征.从SEM图像可以观察到,球形的炭黑团簇聚集在具有褶皱的石墨烯面上,形成了炭黑团簇/石墨烯三维立体结构,有效地抑制了相邻石墨烯层在范德华力作用下的吸引聚集和堆叠造成的石墨烯表面积减小,减小了单层石墨烯叠合成为多层石墨所造成的导电性损失,避免了相邻石墨烯片叠合形成封闭空间,有助于反应物和产物分子的运动.载体的三维结构使反应物分子更容易到达钯纳米粒子,有利于催化性能的提高.XPS结果也证实了二元Gr-C载体对Pd催化的促进作用.Pd/Gr0.3C0.7催化剂的Pd3d5/2峰发生了右移,表明Pd3d电子结合能正移,Pd3d电子云密度降低.具有较低的3d电子云密度的Pd不易与甲酸氧化过程中吸附的中间体(COOH)ads结合,钯催化剂上(COOH)ads表面覆盖率降低,从而使甲酸更容易直接脱氢氧化生成CO2,有利于甲酸通过直接途径进行电化学氧化.

英文摘要:

Combinations of graphene(Gr)and carbon black(C)were employed as binary carbon supports to fabricate Pd‐based electrocatalysts via one‐pot co‐reduction with Pd2+.The electrocatalytic performance of the resulting Pd/Gr‐C catalysts during the electrooxidation of formic acid was assessed.A Pd/Gr0.3C0.7(Gr oxide:C=3:7,based on the precursor mass ratio)electrocatalyst exhibited better catalytic performance than both Pd/C and Pd/Gr catalysts.The current density generated by the Pd/Gr0.3C0.7catalyst was as high as102.14mA mgPd?1,a value that is approximately3times that obtained from the Pd/C(34.40mA mgPd?1)and2.6times that of the Pd/Gr material(38.50mA mgPd?1).The anodic peak potential of the Pd/Gr0.3C0.7was120mV more negative than that of the Pd/C and70mV more negative than that of the Pd/Gr.Scanning electron microscopy images indicated that the spherical C particles accumulated on the wrinkled graphene surfaces to form C cluster/Gr hybrids having three‐dimensional nanostructures.X‐ray photoelectron spectroscopy data confirmed the interaction between the Pd metal and the binary Gr‐C support.The Pd/Gr0.3C0.7also exhibited high stability,and so is a promising candidate for the fabrication of anodes for direct formic acid fuel cells.This work demonstrates a simple and cost‐effective method for improving the performance of Pd‐based electrocatalysts,which should have potential industrial applications.

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期刊信息
  • 《催化学报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国化学会 中国科学院大连化学物理研究所
  • 主编:李灿 张涛
  • 地址:大连市沙河口区中山路457号
  • 邮编:116023
  • 邮箱:chxb@dicp.ac.cn
  • 电话:0411-84379240
  • 国际标准刊号:ISSN:0253-9837
  • 国内统一刊号:ISSN:21-1195/O6
  • 邮发代号:8-93
  • 获奖情况:
  • 第三届国家期刊奖提名奖,中国科协精品科技期刊示范项目
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国剑桥科学文摘,美国科学引文索引(扩展库),日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),英国英国皇家化学学会文摘,中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:19199