在水熱合成納米碳載體和非傳統(tǒng)環(huán)境下鈀的電催化.pdf

1、碳納米材料的制備及其功能化目前是一個(gè)熱門課題。而水熱碳化為碳納米材料的制備及其功能化提供了一種便宜且有效的方法。前驅(qū)體決定著最終碳化產(chǎn)物的性能。生物質(zhì)富含多樣的功能基團(tuán)如胺基，羥基和羧基等，因此水熱碳化生物質(zhì)為合成功能化碳納米材料提供了多樣的可能性。但是這些材料的制備往往涉及苛刻的合成條件和復(fù)雜后處理過程，制約其商業(yè)化。鈀基電催化劑在一些電化學(xué)過程中如氧氣還原反應(yīng)和有機(jī)小分子氧化反應(yīng)都表現(xiàn)出了高的電催化活性。在本論文中，論文以碳納米材料

2、的制備為背景，針對水熱碳化為碳納米的制備及功能化，開展深入研究，具有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，此外探索性研究了固體電解質(zhì)界面和本征微孔聚合物中納米鈀的電催化。主要研究結(jié)論總結(jié)如下:
　　 (1)以殼聚糖為前驅(qū)體，經(jīng)過在不同溫度(180℃/200℃/230℃)下12個(gè)小時(shí)不完全水熱碳化制備了胺基功能化的碳納米顆粒。拉曼光譜分析顯示該碳納米顆粒具有無定形的碳核，但是電化學(xué)測試顯示該碳納米顆粒是電絕緣體。在與另一種表面具有苯磺酸根碳納米顆粒

3、(Emperor2000)物理混合，進(jìn)一步的電化學(xué)測試表明該顆粒的陰離子吸附容量的值70Cg-1。
　　 (2)水熱碳化制備了具有核殼結(jié)構(gòu)的碳納米材料。表面具有苯磺酸根的碳納米顆粒（Emperor2000，卡博特公司）和在乙酸溶液中質(zhì)子化殼聚糖超聲分散，接著水熱碳化處理，得到了具有pH響應(yīng)的核殼碳納米材料。用有最佳核殼比率(根據(jù)小角中子散射譜計(jì)算表明殼的平均厚度為4nm)的碳納米材料修飾電極顯示該材料具有高pH響應(yīng)的電阻，電容和

4、法拉第電子轉(zhuǎn)移響應(yīng)（基于溶液體系中，共價(jià)配位和水熱嵌入氧化還原探針）。為了解釋觀察到的pH開關(guān)效應(yīng)，我們討論了一種殼的“雙層排斥”機(jī)理。
　　 (3)基于碳納米顆粒（Emperor2000，卡博特公司），在乙二酸溶液中質(zhì)子化殼聚糖以及氯化鈀，用水熱碳化一步合成了一種鈀-核殼碳納米復(fù)合材料。該復(fù)合材料修飾電極不僅具有pH響應(yīng)的電容電流和法拉第電流，而且具有對小分子的選擇性電催化。我們還討論了這種復(fù)合材料對小分子選擇性電催化在燃料電

5、池上的應(yīng)用。
　　 (4)研究了在固體鹽電解質(zhì)和加濕氮?dú)鈼l件下納米鈀顆粒的電化學(xué)催化性能。具體涉及到兩種相關(guān)的氧化還原體系:(1)甲酸的氧化;(2)氫氣的氧化。還研究了不同固體鹽，甲酸的分壓和加濕氣體流速對納米鈀顆粒電催化的影響。觀察到了一種顯著的固體鹽效應(yīng)并討論了“鹽電池”在傳感器的潛在應(yīng)用。鹽（其中硫酸銨最為有效），鈀納米顆粒和氣相的三相接觸界面即為電化學(xué)氧化過程進(jìn)行的界面。膜電極被同時(shí)用作對電極和工作電極（用外部飽和甘汞電

6、極），在于硫酸銨和加濕氮?dú)饨佑|條件下，研究了對苯二酚的氧化還原過程并得到了清晰的氧化還原響應(yīng)。
　　 (5)研究了兩種本征微孔聚合物(PIMs)(i)二乙基葸（分子量為70 kDa，BET比表面積為1027 m2，PIM-H）(ii)二甲基聯(lián)苯基甲烷（分子量為100 kDa，BET比表面積為47 m2，PIM-L）的吸附性能及其作為催化劑載體負(fù)載鈀的電催化。用二價(jià)酸性靛藍(lán)陰離子和二價(jià)PdCl42-陰離子作為吸附物，電化學(xué)測試表明