碳处理及碳载Pd催化剂对甲酸电催化氧化的研究

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本论文采用简单的方法对活性碳 XC-72进行了扩孔及高温热处理,筛选出两种好的处理方法。比较了用处理前后的活性碳载体C,C-Co(S),C-Ni(S),C-Co(1:4)和C-Ni(1:4)制备的催化剂Pd/C,Pd/C-Co(1:4),Pd/C-Ni(1:4),Pd/C-Co(S)和Pd/C–Ni(S)对甲酸的电化学氧化。用BET等温吸附,X-射线衍射(XRD),能谱(EDS)和电化学比表面积(ESA)等方法对催化剂载体及催化剂进行了表征。采用循环伏安法,线性扫描法,计时电流曲线法,测试了催化剂对甲酸电催化氧化的活性和稳定性。  两种活性碳XC-72载体处理方法之一是用饱和的硝酸钴或硝酸镍溶液浸渍,然后在氮气保护条件下高温900℃热处理。另一种是,将活性碳XC-72与硝酸钴或硝酸镍混合,使活性碳XC-72的质量与硝酸钴和硝酸镍的质量之比都为一比四,在氮气条件下加热。两种方法处理后得到的C-Co(S),C-Ni(S),C-Co(1:4)和C-Ni(1:4)活性碳载体表面的石墨化程度较高,平均孔径增大,微孔体积减少,介孔体积增大,使它们成为更优良的电催化剂载体。结果表明用处理后的活性碳载体负载的Pd催化剂比未处理过的活性碳负载的Pd催化剂对甲酸的氧化具有较高的电催化活性和稳定性。  比较了甲酸在Pd/C和Pd/C–Ni(S)催化剂电极上电氧化的动力学特性,结果表明甲酸在Pd/C和Pd/C–Ni(S)电极上的氧化都是一个完全不可逆的动力学过程;同时测定了Pd/C–Ni(S)电极上氧化的扩散系数,传递系数和表观反应活化能等动力学参数,为进一步深入研究甲酸在碳载Pd基催化剂上的反应机理和碳载Pd催化剂的应用研究奠定理论基础。  测定了不同温度下甲酸在电催化氧化活性,发现碳载Pd催化剂对甲酸电催化氧化活性随温度的升高而增加,在电势相对较高时,甲酸的电催化氧化对温度敏感。
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