司维峰
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李焕巧
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尹杰
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李书双
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谢妍
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李佳
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吕洋
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刘元
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邢永恒
,
徐缓
,
宋玉江
催化学报
doi:10.3724/SP.J.1088.2012.20431
以非离子型表面活性剂 Brij-35为稳定剂,以水为溶剂,在常温、常压条件下利用抗坏血酸还原 K2PtCl4制备了 Pt 纳米催化剂,采用透射电子显微镜、能量弥散 X 射线谱、X 射线粉末衍射、热重及循环伏安扫描对催化剂进行了表征.结果表明,所制 Pt 纳米催化剂为尺寸均一的球形分枝结构,平均粒径为36.9 nm,其中每一个 Pt 分枝的直径为2~4 nm,长度为4~6 nm.为去除表面活性剂 Brij-35和副产物,开发了一种简单的多次水洗法以纯化所制 Pt 纳米催化剂.表征结果证明,该法可有效去除表面活性剂和副产物,所得催化剂纯度与商业 Pt 黑(99.9%)相当,且电化学活性比表面积更高,在氧还原反应和甲醇氧化反应中表现出更高的电催化活性.
关键词:
球形分枝结构
,
电催化活性
,
表面活性剂
,
铂纳米催化剂
,
氧还原
,
甲醇氧化
李佳
,
刘会园
,
吕洋
,
郭新闻
,
宋玉江
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(16)62454-3
质子交换膜燃料电池(PEMFCs)环境友好,具有高的能量转换效率,已受到了广泛的关注.目前,铂基电催化剂广泛使用在 PEMFCs中,但铂的储量有限,活性低,耐久性差,成本高,急需开发高性能的非贵金属电催化剂替代铂基电催化剂.非贵金属电催化剂的电化学表征基本上都沿用了铂基电催化剂的评价体系和方法,不一定适用于非贵金属电催化剂的表征.
本文选用铂和石墨为对电极考察其对非贵金属电催化剂在酸性电解质中耐久性测试的影响.当使用铂对电极时,商业 Pt/C电催化剂的氧还原(ORR)活性随着耐久性测试圈数的增加而降低,而非贵金属电催化剂的氧还原活性在耐久性测试过程中的变化规律与商业 Pt/C不同,呈现先降低,后升高的规律.耐久性测试前后的透射电镜(TEM)分析表明非贵金属电催化剂经过耐久性测试后,在电催化剂表面生长了铂纳米颗粒.高分辨透射电镜(HRTEM)和能量色散 X射线光谱(EDX)进一步证明以铂为对电极的三电极体系,在进行非贵金属电催化剂耐久性测试的过程中,非贵金属电催化剂表面生长了铂纳米颗粒,使得非贵金属电催化剂的 ORR活性在耐久性测试后得到显著提高.耐久性测试前后,非贵金属电催化剂氧还原过程的电子转移数由3.7变为4.0,再次证明了耐久性测试过程中铂颗粒的生成.在三电极电化学体系中,当工作电极发生阴极反应时,对电极为阳极反应,反之亦然,即在工作电极上发生的任何电化学过程,都会在对电极上完成相反的电化学过程.在循环电位扫描过程中,当铂对电极的电压高于1.0 V (vs RHE)时,开始发生铂的溶解现象,并且当电压高于1.2 V (vs RHE)时,铂的溶解量会急剧增加,部分溶解的铂会扩散到工作电极附近,并在工作电极的非贵金属电催化剂表面发生沉积作用.随着扫描圈数的增加,沉积的铂纳米颗粒的数量增加,颗粒变大,从而使非贵金属电催化剂的表观 ORR活性显著提高.该现象使得非贵金属电催化剂在酸性电解质中无法表现出其真实的耐久性.当选用石墨棒为对电极材料时,非贵金属电催化剂在酸性电解质中的 ORR活性不会受到对电极材料的影响.
通过考察对电极材料对非贵金属电催化剂在酸性电解质中耐久性能的影响,可以得出结论,即对非贵金属电催化剂在酸性电解质中的耐久性测试中,不宜使用铂对电极,应该使用石墨为对电极材料,以防止对电极材料干扰耐久性测试.
关键词:
非贵金属电催化剂
,
铂对电极
,
石墨对电极
,
加速老化测试
,
酸性电解质
吕洋
,
吕俊文
,
周剑良
,
申建
稀有金属
doi:10.13373/j.cnki.cjrm.2016.02.014
为了解决铀矿堆浸过程中渗透性差以及浸出率不高的问题,通过添加表面活性剂提高渗透性而强化铀矿石浸出.本研究采用静态实验研究3种不同的表面活性剂脂肪酸甲酯磺酸盐(MES)、十二烷基硫酸钠(SDS)、吐温80对铀浸出率的影响,并测定溶浸剂的表面张力,选出使铀浸出率提升最大的表面活性剂后确定其最佳用量;冉通过动态柱实验进一步研究铀矿堆浸过程中表面活性剂对渗透性大小的改变及铀浸出率的影响.静态实验结果表明:3种表面活性剂均能提高铀浸出率,其中十二烷基硫酸钠对铀的浸出效果最好且使溶浸剂表面张力降低最低,为52.94％;接近临界胶束浓度时铀浸出率最高,故选用0.008 mol·L-1的十二烷基硫酸钠进行动态实验.动态实验结果表明:十二烷基硫酸钠的加入最终使实验柱的渗透系数提高至4 6倍,铀的浸出率由48.41％提升至60.20％,增加了11.79％.表面活性剂增大了铀矿石堆浸过程中的渗透性,使铀浸出率提高.
关键词:
表面活性剂
,
表面张力
,
渗透性
,
铀浸出率
