孔清泉
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冯威
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朱晓东
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张靖
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孙成华
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(17)62780-3
钯材料广泛用于氢同位素储存和分离、催化和传感等领域.传统的负载钯催化材料具有优异的乙醇和甲醇等电化学催化氧化性能.除此之外,负载钯催化材料还具有优异的甲烷催化燃烧性能.然而,很多研究显示负载钯催化材料存在很多不足,例如在工程应用过程中不稳定,纳米颗粒会发生聚集和长大,进而引起材料性能急剧下降等.不同于钯片、海绵钯粉末和负载钯催化材料,多孔钯具有三维连通的孔隙结构,可避免团聚现象的发生.同时,多孔钯还具有一些特殊的物理化学性能.研究表明,梯度孔隙结构是一种高效的电化学催化结构.因而近年来很多研究者都致力于探索具有高孔隙率和梯度孔隙结构多孔钯块材的制备方法.已有的研究包括造孔剂法和模板法等,但上述方法制得的多孔钯块材均存在比表面积低或难以获得块体材料缺点.我们研究组发展了一种制备兼具高孔隙率和梯度孔隙结构的多孔钯块材的新方法.即通过以一定粒度的NaCl颗粒作为造孔剂放电等离子烧结制备PdAl合金复合块材,然后通过去离子水溶解获得多孔PdAl合金,最后经过在盐酸溶液中去合金化得到具有数十微米的宏观大孔和约10纳米的纳米孔等梯度孔隙结构的多孔钯块材.当造孔剂添加量为20 vol.%,制得了孔隙率高达88%且完整的多孔钯块材.对该多孔钯块材的力学性能进行了测试,其压缩强度为0.5 MPa.对该块材进行氮吸附测试,测试结果显示其比表面积达到54 m2/g.我们进一步对该多孔钯块材的乙醇电化学催化氧化性能进行了研究.对不同扫描速度下多孔钯块材在KOH(1 mol/L)+乙醇(0.8 mol/L)溶液中电催化活性进行分析.随着扫描速率从10 mV/s提高到50 mV/s,正扫描峰电流密度也逐渐提高,且峰电位向正电位方向移动.对峰电流密度和扫描速率的平方根进行拟合,发现它们之间存在明显的线性关系,表明该电催化氧化行为是一个受扩散控制的过程.随着溶液中乙醇浓度不断增加,正扫描方向乙醇氧化峰的峰电流呈现出先增大后减小的趋势.这是因为乙醇基和羟基在钯表面的竞争性吸附造成的.当乙醇浓度较高时,乙醇基会占据钯表面大量的活性位,从而阻碍和抑制羟基的吸附.此时,羟基在钯表面的吸附成为电氧化反应的控制因素.因此,只有选择合适的乙醇浓度,才能更好地发挥材料的电催化性能.当乙醇浓度为2 mol/L时,峰电流最大,达到120 mA/cm2,表明多孔钯块材具有优异的电催化性能,这与该材料的梯度孔隙结构、高比表面积和高孔隙率密切相关.进一步对多孔钯块材的催化稳定性进行研究.该多孔钯块材显示出了优异的催化稳定性,当经过50次循环后,乙醇氧化峰的峰电流仅下降到~110 mA/cm2.
关键词:
钯
,
梯度孔隙结构
,
电催化
,
乙醇氧化
,
放电等离子烧结
蔡力锋
,
傅明连
,
陈鹭义
,
符若文
,
吴丁财
新型炭材料
采用浓硝酸对层次孔炭气凝胶(HPCA-1)进行表面改性,制备了新型表面改性层次孔炭气凝胶(mHPCA-1),并进一步研究了mHPCA-1对酸性品红(AF)的吸附行为.结果表明,浓硝酸表面改性对炭气凝胶的纳米形貌和孔结构影响不大,但可以明显提高炭气凝胶的表面含氧官能团数量,从而优化层次孔表面化学性质,使得mHPCA-1对AF表现出更高的吸附量.mHPCA-1对AF的等温吸附过程符合Langmuir方程,其对AF的吸附属于单分子层吸附,最大吸附量可达191.57 mg·g-1,明显高于HPCA-1(120.92 mg·g-1).吸附动力学结果证实了浓硝酸表面改性可以显著提升层次孔炭气凝胶对AF的吸附量和吸附速率,且吸附动力学符合Langmuir速率方程.
关键词:
炭气凝胶
,
层次孔结构
,
表面改性
,
酸性品红
,
吸附
