多壁碳纳米管负载铂立方体的制备及对乙醇电催化氧化性能

《多壁碳纳米管负载铂立方体的制备及对乙醇电催化氧化性能》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、Vo1．34高等学校化学学报No．22013年2月CHEMICALJOURNALOFCHINESEUNIVERSITIES408～413doi：10．7503／cjcu20120468多壁碳纳米管负载铂立方体的制备及对乙醇电催化氧化性能李艳艳，饶路，姜艳霞，刘子立，贺春兰，张斌伟，孙世刚(固体表面物理化学国家重点实验室，厦门大学化学化工学院化学系，厦门361005)摘要利用线性扫描电沉积的方法在玻碳电极或多壁碳纳米管表面制备出铂纳米立方体，扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)结果表明，

2、铂立方体的尺度约为38nm，由Pt(111)择优取向的小粒子围成．运用电化学循环伏安和电位阶跃技术研究了所合成的2种催化剂和商用碳载铂对乙醇氧化的电催化活性，发现在2种铂纳米立方体上乙醇氧化的电催化活性和稳定性均高于商用碳载铂，其起峰电位较商业碳载铂降低168mV．采用电化学原位红外光谱对比研究了铂纳米立方体和商用碳载铂对乙醇氧化的电催化过程，发现铂纳米立方体起始氧化电位提前，催化活性增强．乙醇在该催化剂上更易转化为乙酸，且表现出较强的CO吸附能力，关键词多壁碳纳米管；铂立方体；乙醇；电催化；原位红

3、外光谱中图分类号0646文献标志码A直接乙醇燃料电池(DEFC)是质子交换膜燃料电池(PEMFC)的一种，由于乙醇来源广泛，易储存，携带方便，无毒等而引起广泛关注I2J．但是由于DEFC使用铂和钯等贵金属纳米催化剂，成本较高，活性及稳定性均达不到理想的要求，限制了DEFC的广泛应用．目前对于铂纳米催化剂的研究已取得很大的进展，但是在降低催化剂载量的基础上提高催化剂的活性和稳定性，并且简化工艺仍是关键的技术问题．传统的金属催化剂制备方法(如浸渍法、沉淀法、离子交换法等)很难控制金属纳米粒子的分散度、粒

4、径分布以及表面形貌等微观结构，导致活性位不均一，性能不稳定，表面活性剂不易去除，同时纳米粒子催化作用的本质也难以表征和评价J．随着纳米材料合成技术的发展，人们在控制纳米粒子尺寸、形貌和组装等方面取得了很大进步．孙世刚课题组用方波电沉积的方法合成了铂的二十四面体，用电化学的方法合成了铂的高指数纳米催化剂，方法简便，易于调控．Xia课题组L5用方波合成了铂的立方体，但是程序较复杂，前驱体中仍用到抗坏血酸，反应时间较长，而且两步法难以避免铂纳米球和立方体的共存．将铂基催化剂负载在碳的载体上可有效改善催化剂

5、的活性和稳定性．碳载体的种类有很多，如碳黑、碳纳米纤维、有序介孔碳和碳纳米管等．其中，碳纳米管由于具有独特的结构、电子效应和较好的抗腐蚀性能而被广泛应用．陈卫祥等利用微波加热法快速合成了尺寸较均匀的碳纳米管负载铂纳米催化剂，该催化剂对甲醇的电催化氧化性能比商用Pt／C(E-TEK)催化剂有所提高，但该方法合成的粒子形貌不清晰，乙二醇不易去除，洗涤过程较繁琐．本工作利用线性扫描伏安法在多壁碳纳米管上合成了铂的纳米立方体，研究了其生长过程，通过扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)表征了纳米

6、粒子的形貌和结构，采用电化学循环伏安和电位阶跃等方法研究了其对乙醇的电催化氧化性能，并用电化学原位红外光谱对其电催化机理进行了研究．本工作对于简单电化学法合成具有较高催化活性的铂纳米粒子具有重要意义．收稿日期：2012-05—14．基金项目：国家自然科学基金(批准号：20833005，20873116，60936003)资助．联系人简介：孙世刚，男，博士，教授，主要从事表面电化学研究．E—mail：sgsun@xmL1．edu．ca姜艳霞，女，博士，教授，主要从事电催化研究．E—mail：yxjia

7、ng@xmu．edu．cn李艳艳等：多壁碳纳米管负载铂立方体的制备及对乙醇电催化氧化性能411线(一E)及与商用碳载铂的比值．可见，在相同电位下，Pt／MWCNTs具有最好的催化活性，在相同的电流密度下，Pt／MWCNTs具有最低的电位值．(：在0．20—0．40V的动力学控制电位区问，Pt／MWCNTs和Pt／GC对乙醇的催化活性是Pt／C的1．76～2．54倍，说明在动力学区间铂立方体的催化活性较商用碳载铂更高．为了考察电催化剂的稳定性，图5(B)比较了0．40V时Pt／MWCNTs，E、s．S

8、CE、Pt／GC和Pt／C对乙醇氧化的j-t曲线，可以看Fig．4Cyclicvoltammogramsforelectro-ofidation到，1800S时Pt／MWCNTs的催化活性仍然高于ofethanolOnPt／MWCNTs(a)．Pt“／Pt／GC和Pt／C．Pt／MWCNTs表现出最好的催GC(b)andcommercialC(C)in0．1化活性和稳定性，是由于载体的助催化效应，多壁mol／LCH3CH2OH+0．1mol／LHCIO4solu-ti