李文震
,
周振华
,
周卫江
,
李焕巧
,
赵新生
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汪国雄
,
孙公权
,
辛勤
催化学报
对比研究了用三种液相沉积还原法制备的20%Pt/C催化剂及在900 ℃下用H2还原处理的催化剂,并用XRD和TEM等技术表征了催化剂的粒子大小及粒径分布. 结果表明,用乙二醇还原法制备的Pt/C催化剂的平均粒径最小(约2.4 nm),且分布均匀. 应用旋转圆盘电极(RDE)法和直接甲醇燃料电池单池评价了Pt/C催化剂的氧还原反应(ORR)活性,探索了单池性能与催化剂粒径大小的关系. RDE测试结果表明,用甲醛还原法制备的Pt/C催化剂具有最高的ORR活性; 而单池测试结果表明,用乙二醇还原法制备的Pt/C催化剂显示出最高的ORR活性和最优的单池性能. 这可能是因为直接甲醇燃料电池中所需Pt/C催化剂最优粒径更小的缘故. 另外,研究了Cl-对Pt/C催化剂ORR活性的影响. 结果表明,少量Cl-即会显著降低Pt/C催化剂的ORR活性.
关键词:
旋转圆盘电极
,
直接甲醇燃料电池
,
铂
,
碳
,
负载型催化剂
,
阴极
,
氧还原反应
李闯
,
张明明
,
邸鑫
,
殷东东
,
李文震
,
梁长海
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(16)62497-X
1,4-丁炔二醇(BYD)部分加氢生成1,4-丁烯二醇(BED),BED进一步加氢生成1,4-丁二醇(BDO).此外,BYD,BED和BDO还会发生脱水反应生成单醇类产物.工业上BYD加氢反应主要用于生产BDO.由于传统的单金属加氢催化剂很难控制反应的加氢程度,因此一般通过提高反应温度和压力使BYD尽量转化为完全加氢产物BDO,以减少部分加氢产物BED对最终产品收率的影响.部分加氢产物BED在精细化工领域也具有重要的应用,所以选择合适的催化剂和反应条件来提高部分加氢产物BED的选择性具有重要的理论意义和潜在应用价值.文献中常采用Zn、微生物等活性抑制剂来降低贵金属催化剂的加氢活性.这些方法往往比较复杂,所使用的添加剂不仅存在毒性和污染产物,还会增加成本.这些方法得到的催化材料虽然可以提高烯醇的选择性,但是仍需要严格控制反应条件才能得到较高收率的部分加氢产物.本文基于MOFs材料独特的结构和性质,探索了MOFs负载型贵金属催化剂在选择加氢反应中的催化性能.首先制备了一种羧酸根保护的Pt纳米溶胶,并以水为溶剂,增加2-甲基咪唑的加入量,实现了室温下ZIF-8晶体的快速生成.在室温合成ZIF-8的过程中加入羧酸根保护的Pt纳米溶胶,通过羧酸根与ZIF-8之间存在的化学吸附力,实现ZIF-8对Pt纳米粒子的包覆.羧酸根不仅可以稳定溶液中的纳米粒子,同时还起着“桥梁”的作用.羧酸根中的C=O基团与ZIF-8中的Zn原子或有机骨架之间弱的配位作用,增加了纳米粒子和ZIF-8之间的亲和力,实现了金属纳米粒子被ZIF-8包围.Pt纳米粒子的引入对ZIF-8的形成也没有影响,得到的Pt@ZIF-8材料拥有良好的晶体结构和高的比表面积.采用XRD、N2吸附和TEM等表征揭示了Pt@ZIF-8的结构特点,并研究了其在水相1,4-丁炔二醇加氢反应中的催化性能.结果显示,该材料不仅具有很高的活性,还具有突出的部分加氢选择性.在5次循环反应中,BYD转化率没有明显变化,说明催化剂在反应过程中活性没有降低.在多次反应之后,反应产物的分布也没有发生明显变化,1,4-丁烯二醇选择性在5次反应中都保持在94％以上.结构表征结果则显示,在4次循环使用之后,催化剂的结构已经遭到破坏;5次循环使用之后,催化剂的XRD谱图中ZIF-8的特征衍射峰完全消失.其余谱峰为ZnO特征衍射峰,说明由于反应温度较高,催化剂在多次反应之后其载体ZIF-8发生了分解.循环寿命实验说明,ZIF-8中Zn离子和含氮有机骨架的抑制作用是导致1,4-丁烯二醇高选择性的重要原因.ZIF-8的分解虽然会使孔道塌陷,但是结构中的Zn和含氮的有机骨架组成依然存在,仍然可以达到抑制烯醇进一步加氢的效果,并且Pt纳米溶胶主要存在于外表面,所以催化剂的活性和选择性没有发生明显变化.
关键词:
铂溶胶
,
ZIF-8
,
一步合成
,
1,4-丁炔二醇
,
选择加氢
李文震
,
梁长海
,
辛勤
催化学报
碳纳米管及其衍生纳米碳材料是一种介于富勒烯与石墨之间的碳的存在形式,具有独特的电子性质.碳纳米材料可与其表面负载的金属活性相产生一种特殊的载体-金属相互作用; 纳米管中电子转移的动力学行为极佳,并且其特殊的纳米级孔道结构有利于反应物及产物的传质,因此作为低温燃料电池催化剂载体备受关注.综述了多种新型碳纳米材料如碳纳米管、碳纳米纤维、碳纳米盘、碳纳米角和碳纳米分子筛等在低温燃料电池催化剂中的应用,并对其存在的问题和可能的发展方向进行了讨论.
关键词:
碳纳米管
,
纳米碳
,
燃料电池
,
电催化剂
,
载体
