文档介绍：安徽大学
硕士学位论文
钯纳米线的制备及其在醇类电氧化中的应用
姓名:代相成
申请学位级别:硕士
专业:分析化学
指导教师:程发良
2010-05
摘要
物质的性质不仅取决于组成元素,更取决于物质的结构。当物质的组成结
构单元小到纳米数量级时会呈现出常规材料不具备的优越性能。本文制备出具
有高度有序微观结构的金属钯的纳米线,将其应用于直接醇类燃料电池中并研
究其电氧化性能。利用钯金的置换反应制备出钯金纳米线,通过钯金协同作用
的研究进一步提高电极的催化能力。首先通过高纯铝片的阳极氧化制备出具有
高度有序微观结构的阳极氧化铝模板,以金属钛片电极为载体,利用电沉积法
制备了一维纳米形态的金属钯纳米线,并将其组装到电极表面。利用纳米材料
优良的电催化性能,将钯纳米线应用于直接醇类燃料电池中,同时研究钯金的
协同催化能力,进一步提高电极的催化能力,为直接乙醇燃料电池的实用化做
出贡献,并对乙醇催化氧化的机理进行探讨。具体研究内容如下:
1、采用二次阳极氧化法,制备出具有高度有序微观结构的阳极氧化铝模板
(AAO)。本文分别研究了氧化电位的大小、电解温度的高低、电解液的种类
以及电解液的浓度对所制备的阳极氧化铝模板的影响。高纯铝片阳极氧化后表
面会形成一定的微孔结构,氧化电位是孔径和孔密度的主要影响因素,电压过
高会剧烈腐蚀铝片并使其表面变粗糙,电压过低将不会被氧化;电解液浓度是
孔形貌的主要影响因素;氧化时间和电流密度是膜厚的主要影响因素;提高电
流密度可以加快膜的生成速度。
2、采用模板法合成钯纳米线及钯纳米线阵列。将制备的 AAO 模板固定在
金属钛片电极表面,钛片电极表面与阳极氧化铝模板之间会形成圆柱形孔道。
电极浸入镀钯液时,镀钯液将充满圆柱形孔道中,通过电沉积法将制备高度有
序的钯纳米线。
3、循环伏安法研究钯纳米线电极对醇类的催化活性。目前电极催化材料多
用金属铂,但铂易毒化,峰电流下降很快。研究表明,在碱性环境中钯对醇类
的氧化具有比铂更高的活性。纳米线具有很大活性面积,提高了催化剂利用率,
同时纳米线之间间隙成为反应物扩散到催化剂和反应物离开催化剂通道,使电
极具有更高的催化活性。
4、研究钯金的协同催化作用。循环伏安扫描表明,金电极对乙醇的催化行
V
为稳定,不随扫描次数的增加而变化,不易被毒化。进一步的研究发现醇类在
碱性溶液中含有痕量金的钯纳米线上氧化峰起峰电位发生负移。并且其电流密
度是在纯钯纳米颗粒上电流密度 5 倍多,显示了非常优秀催化活性。起峰电位
负移以及氧化电流增大,说明了金和钯具有协同作用。峰电流不随扫描次数的
增加而降低表明电极材料具有一定的抗毒化能力。催化能力的提高,抗毒化能
力的提高预示着钯金纳米线在直接乙醇燃料电池的实用化中有较好的应用前
景。
关键词: 钯; 纳米线;醇类电氧化
VI
Abstract
Nature of the material depends not only on position of elements, but
also dependent on the structure of matter. When the position of the
structural units is such small as nanometer scale,it would have shown the
conventional superiority. In this article,we prepared the metal Palladium nanowires
with highly ordered microstructure, and applied in the direct ethanol fuel cell.
Palladium-gold nanowires was prepared by replacement reaction, through the
synergy of Palladium-gold nanowires to further improve the catalytic ability. First,
anodic alumina template with highly ordered microstructure was prepared by high
purity aluminum anodic oxidation, use metal titanium plate electrode as the carrier,
the metal palladium nanowi