钯、钴双金属空心纳米球的制备.doc

2007 年 秋 季学期研究生课程考核
（读书报告、研究报告）
考 核 科 目：现代电化学 学生所在院（系）： 理学院应用化学
学生 所在 学科：化学工程与技术——应用化学
姓 名：杨辉 学 号：07SD007002
学 生 类 别：委培

钯、钴双金属空心纳米球的制备及其在甲酸氧化过程中的电催化活性
一 本文概述
近年来，直接甲醇燃料电池发展迅速，很有希望实现商业化。但是采用甲醇作燃料的问题是：
1，常用的炭载 Pｔ阳极催化剂对甲醇氧化的电催化活性较低，易被甲醇氧化的中间产物毒化；
2,甲醇易透过质子交换膜到达阴极，不但浪费的甲醇可高达40% ，而且还使电池的性能降低
3,甲醇有一定的毒性，而且易燃、易挥发。因此，要想实现 在很多领域的应用，有很大的不安全性。
甲酸是一种较有希望的甲醇替代燃料，它的优点如下：
1，甲酸无毒；
2，它不易燃，存储和运输安全方便；
3，甲酸的电化学氧化性能比甲醇好；
4，甲酸是一种电解质，有利于增加溶液的质子电导率
5，由于nafion膜中的磺酸基团与甲酸阴离子间有排斥作用，因此，甲酸对nafion膜的渗透率远小于甲醇 。
本文主要是对直接甲酸燃料电池电催化剂的研究，讲述了钯，钴双金属空心纳米球的制备过程及其在甲酸氧化过程中的优良电催化活性。
二 实验部分
钯，钴双金属空心纳米球的制备过程 ：
首先 将42 mg COSO4．7H20，25 mg NH4F，125 mg H3BO3 和24 mg H2PdCl4 加入到 10 mL 0．25 g／mL 聚乙二醇 溶剂中。使用浓氨水调节此溶液的 PH值在7~8之间。然后，将10毫克硼氢化钠放入6毫升0.25克/毫升聚乙二醇溶液液中，并在30-40 ℃下超声波处理，再把他缓慢的加入到上述溶液中。再将得到的悬浮液在超声波处理10分钟。得到的淀析物用去离子水冲洗，经真空干燥后，就得到了 钯，钴双金属空心纳米球，称作钯，钴催化剂。
三 实验结果讨论

图1显示此图象的是钯，钴双金属空心纳米球TEM图像。从图1可以清楚地观察到灰白色的区域在中央部分形成对比的黑暗边缘。当抽样网格是旋转均有不同角度时，中心和边缘的球状粒子有没有明显的变化。它表明，该钯，钴纳米球拥有一个空心球状结构。该钯，钴双金属空心纳米球的平均直径大约是80nm在60~90之间变化。高分辨率透射电镜图像显示钯，钴薄片主要有平均直径3.5nm厚度为9.0 nm的小薄片组成。

图 2，是钯，钴双金属空心纳米球和钯纳米球的X光衍射图案，图中钯催化剂衍射峰的39.91°，46.28°和67.92°左右，分别与具有面心立方结构的 Pｄ晶体的 Pｄ（111 ）、 Pｄ（200 ）、 Pｄ（220）晶面衍射峰相对应.而钯，钴双金属空心纳米球相应的衍射峰的位置与钯催化剂相比出现在较高的方向，分别是40．18，。46．82°，和 68.33°。上述结果说明Co原子进入Pd晶格，并形成了合金的钯。用薛定谔方程可以计算出在钯Co和Pd催化剂中Pd,Co纳米颗粒的平均大小分别是3.5nm 和15.5nm。
。

图3，分由图可见别是两种催化剂电极在0.5 ｍｏｌ/L硫酸 溶液中的循环伏安曲线。由图可见，钯，钴双金属空心纳米球催化剂电极上的氢脱吸附峰的峰出现在-0.2~-0.05V电压范围内这比钯催化剂电极的电压范围大。这表明钯，钴双金属空心纳米球催化剂电极所具有的电化径学活性表面比钯催化剂电极大。原因是钯，钴双金属空心纳米球催化剂粒子的平均粒径比钯催化剂的平均粒径小，这使得钴双金属空心纳米球催化剂特定表面积较大。

图4，钯，钴双金属空心纳米球催化剂电极在0.5 ｍｏｌ/L甲酸溶液中的循环伏安曲线及钯催化剂电极在0.5 ｍｏｌ/L硫酸溶液中环钯催化剂电极伏安曲线。由图可见，这两种电极的循环伏安曲线的峰值都落在0.1V位置。然而钯，钴双金属空心纳米球催化剂电极的峰值电流密度为(5.0xl0-3A／cm2)，而钯催化剂电极的峰值电流密度只有(3．1x l0-3A／cm2)。这表明pd，co催化剂氧化催化活性远远高于钯催化剂,而更有利于甲酸的电催化氧化。

四 工作的理论意义和应用
由于铂基催化剂价格太昂贵，到目前为止，低成本高效率的燃料电池的大规模商业化过程不能实现。能不使用铂作为电极反应的催化剂，能够大大降低成本，有利于进一步的实际应用。本文用钯，钴双金属空心纳米球做电催剂化电极可以降低燃料电池的成本，而且此催化剂电极在直接甲酸燃料电池中对甲酸的氧化有很好的电催化作用，可以显著提高燃料电池的性能，把此电极用于直接甲酸燃料电池有着很好的发展前景。