碳纳米纤维复合材料对.pdf

第41卷分析化学FENXIHUAXUE研究报告第2期
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2013年2月摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇ChineseJournalofAnalyticalChemistry摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇210214
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DOI10.3724/SP.J.1096.2013.20556
:
电纺Pd纳米粒子/碳纳米纤维复合材料对
甲醇的电催化氧化研究

郭乔辉黄建设由天艳*
中国科学院长春应用化学研摇究所电分析化摇学国家重点实验室长春130022
(,)

摘要利用静电纺丝技术制备了含有乙酰丙酮钯PdAc前体的聚丙烯腈PAN纳米纤维经H还原
摇摇(()2)(),2
和900碳化处理得到了Pd纳米粒子负载的碳纳米纤维复合材料Pd/CNF此方法中CNF的制备和Pd
益()。,
纳米粒子的形成是同步进行的无需对碳载体进行任何预处理实现了纳米粒子负载CNF的一步制备简化
,,,
了实验步骤的同时确保CNF载体骨架的完整性扫描电镜SEM和透射电镜TEM分析表明大小均一的
。()(),
Pd纳米粒子牢固地分散在CNF表面其粒径约为60nmX射线衍射XRD和X射线光电子能谱XPS表
,。鄄()鄄()
征了Pd/CNF的晶体结构Pd纳米粒子以单质态形式存在具有面心立方体结构通过循环伏安法CV和
。,。()
计时电流法等电化学方法研究了Pd/CNF复合材料对甲醇的电催化氧化情况Pd/CNF对甲醇氧化显示出优
,
异的催化活性和稳定性优于商业化Pd/C催化剂
,。
关键词静电纺丝;Pd纳米粒子/碳纳米纤维;甲醇氧化;燃料电池
摇
1摇引摇言

直接甲醇燃料电池DMFC由于其燃料来源丰富价格便宜操作温度低和比能量高等优点适合
()、、,
于笔记本电脑数码相机和电动车等小型便携式电源是一种较有发展前景的燃料电池[1,2]目前甲醇
、,。,
的电化学氧化主要以Pt催化剂为主但Pt的高成本及存在甲醇渗透和CO中毒等缺点制约了其在
,“冶
DMFC中的实际应用[3]而Pd催化剂在碱性条件下对醇类化合物如甲醇和乙醇的氧化显示出较高
。()
的催化活性且Pd成本比Pt低[4,5]因此Pd催化剂在碱性DMFC中的研究引起了广泛关注
,。,。
催化剂载体的结构和性质如表面的官能团石墨化结构和活性位点等均对催化剂的活性和稳定
[6](、)[78]
性有较大的影响一些常用的碳载体如炭黑碳纳米管碳纳米纤维和石墨烯等,由于表面具有
。(、、)
化学惰性和疏水性在负载金属催化剂前需对其表面进行功能化处理如强酸氧化处理[9]或表面活性剂修
,,(
饰[10]这些表面功能化处理在提高金属粒子的分散性的同时也会降低载体的机械强度和导电性且金属
)。,
粒子在长期使用中容易脱落[6]因此发展一种对催化剂载体无破坏性的合成方法具有重要意义
。,。
静电纺丝是一种利用聚合物溶液在强电场中进行喷射纺丝的加工技术所制备的纤维直径一般在
-9-6[1112],
1010m之间是获得纳米尺寸纤维的有效方法之一,在纺丝过程中通过选择合适的溶剂聚
~,。,、
合物和金属前体等可制备出各种复合纳米纤维本研究利用静电纺丝技术制备了含有乙酰丙酮钯Pd
。(
Ac前体的聚丙烯腈PAN纳米纤维然后经还原和碳化处理得到了Pd纳米粒子/碳纳米纤维复合
()2)(),
材料Pd/CNF这种复合材料具有较大的电活性面积和良好的导电性可作为理想的电极材料利用
()。,。
扫描电镜SEM透射电镜TEMX射线衍射XRDX射线光电子能谱XPS循环伏安法CV
()、()、鄄()、鄄()、()
和计时电流法等对Pd/CNF复合材料进行了表征相对商业Pd/C催化剂Pd/CNF复合材料对甲醇氧
。,
化具有较高的电催化性能
。
2摇实验部分

2.1摇仪器与试剂
场发射扫描电镜图SEM由HitachiS4800SEM仪器测量加速电压为20kV透射电镜TEM采
(),;()
20120528收稿20120903接受
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本文系国家自然科学基金Nos.21155002,21105098资助
*Email:[e-mail]()
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第2期郭乔辉等电纺Pd纳米粒子/碳纳米纤维复合材料对甲醇的电催化氧化研究211
:摇摇

用JEOL2000EX在200kV下进行测定X射线衍射XRD分析在BrukerD8ADVANCE仪器上进行
鄄;鄄(),
采用CuK琢l射线源40kV40mAX射线光电子能谱XPS分析采用EscalabMKII能谱仪以
(,);鄄()鄄,
MoK为射线源电化学实验在CHI832电化学分析仪上进行采用三电极体系即Pd/CNF糊电极
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PdCFP或商业化钯碳Pd/C修饰玻碳电极Pd/CGC为工作电极Pt丝为辅助电极Ag/AgCl饱和
()()(鄄);;(
KCl为参比电极聚丙烯腈PAN乙酰丙酮钯Pd