钯汞合金作为双功能催化材料对ORR和EOR电催化性能研究

发布时间：2020-05-26 02:49

【摘要】：过氧化氢(H2O2)是全球生产最多的化学物质之一,是一种无污染的绿色氧化剂,广泛应用于废水处理以及纸张和纺织品漂白行业。利用电化学氧化技术实现阴极原位产生过氧化氢,构建新型过氧化氢氧化工艺,近年来成为环境工作者研究的热点。直接乙醇燃料电池作为典型的可再生绿色环保型能源装置,具有广阔的应用前景。论文立足于开发一种高效、稳定的钯基多功能催化剂,实现直接制取过氧化氢和乙醇的高效催化氧化,选题具有明确的生产背景和应用价值。本论文进行的研究工作以及取得成果如下:(1)分别以PdC12和HgI2为Pd元素和Hg元素前驱体,抗坏血酸为还原剂,在乙醇-吡啶-DMF(V1:V2:V3=16:4:1)混合溶剂中恒温加热,通过共还原法能够制备出一种片层结构的钯汞合金,粒径50 nm左右。同样的,分别以Pd(PPh3)2C12和HgI2为Pd元素和Hg元素前驱体,抗坏血酸为还原剂,在乙醇-吡啶-DMF(v1:v2:v3=16:4:1)混合溶剂中恒温加热,通过共还原的方法制备出一种颗粒状钯汞合金,粒径在50～200 nm之间。此外,以Pd(PPh3)2C12和Hg12为前驱体,抗坏血酸作为还原剂,通过改变有机溶剂的组成和比例来调控钯汞合金的外观形貌和粒径大小,制备出来三种HgPd晶型的钯汞合金,粒径在10～20 nm之间,将它们负载到卡博特碳黑上得到三种碳负载钯汞合金材料。(2)钯汞合金的晶型是由钯元素和汞元素前驱体的投加比例决定的。片层钯汞合金的前驱体投加比例为1:3(摩尔比)时,制备出来的钯汞合金是单晶型,对应的晶型是HgPd;前驱体的投加比例为1:6(摩尔比)时,制备出来的钯汞合金是混合晶型,对应的晶型是HgPd和Hg5Pd2。研究发现:片层钯汞合金在酸性溶液中催化氧还原反应以两电子转移路径为主,两电子转移的选择性为70%,在碱性溶液中催化氧还原反应是循着四电子转移路径进行的,四电子转移的选择性在90%以上;通过质量分数15%的稀硝酸对混合晶型的钯汞合金进行后处理,改变合金中钯元素与汞元素的比例,能够显著增强钯汞合金在酸性介质和碱性介质的电催化活性。类似的,颗粒状钯汞合金的前驱体投加比例为1:3(摩尔比)时,钯汞合金的晶型是HgPd;前驱体的投加比例为1:6(摩尔比)时,钯汞合金的晶型是Hg5Pd2。这两种晶型的钯汞合金在碱性介质中催化氧还原反应是循着四电子转移路径进行的,四电子转移的选择性在95%以上。(3)研究还发现HgPd晶型的钯汞合金具有催化乙醇氧化的性能。三种HgPd/C材料应用于碱性介质中催化乙醇和乙二醇氧化反应,展现出优于商业化Pt/C和Pd/C材料的电催化性能。通过原位红外光谱的测试结果可知,HgPd/C材料催化乙醇氧化的中间产物是乙醇,最终产物是乙酸根。
【图文】：

图１－３不同类型催化剂产生Ｈ２０２的活性和选择性的变化趋势

钯汞合金作为双功能催化材料对ORR和EOR电催化性能研究

一乙二醇在碱性溶液中电催化氧化的反应路径Fig.l-4Reactionpathwaysofethyleneglycolelectro-oxidationinalkalinemedia
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O643.36

【参考文献】