碳纳米管上电沉积Pd的电催化性能研究

摘要

钯(Palladium，元素符号：Pd)是一种常见的有很高催化活性的重要材料，目前在气体传感器、催化领域、汽车尾气净化、有机合成催化等多个方面的广泛应用，引起了极大地关注。但是因为Pd是一种贵金属，价格昂贵，来源稀少，研究工作者们不断地开发新的方法和技术希望在保证Pd的有效催化活性的基础上降低它的载量。本研究尤其关注Pd在电催化方面的性能，并希望通过一些简便易行的方法提高它的催化活性。
　　 基于以上目标，本论文工作从电极制备入手，采用以下方法:(1)以碳纳米管(CNTs)为载体，有效分散制备的Pd基催化剂材料并促进和改善电极的电化学性能；(2)用电沉积方法制备出Pd纳米粒子；(3)通过掺杂Cu，获得Pd-Cu双金属粒子，以期改善催化剂的活性。并研究了这些制备电极对一些重要的有机小分子的电催化氧化性能，主要包括以下内容：
　　 1.Pd纳米粒子修饰的CNTs(Pd/CNTs)和Pd修饰的GC(Pd/GC)电极的制备及其对甲醇的电催化氧化研究
　　 首次采用循环伏安法将Pd通过电沉积的方法修饰到碳纳米管(CNTs)电极的表面，形成了比较均匀的纳米颗粒修饰的CNTs电极即Pd/CNTs电极，并与直接电化学沉积到裸玻碳电极表面的电极(Pd/GC)同时用于对甲醇的电催化氧化，比较了两电极的电催化氧化性能。比较发现，CNTs上沉积Pd的电极的性能远远好于裸玻碳电极上沉积Pd纳米粒子，说明Pd/CNTs在甲醇燃料电池中具有潜在的应用前景。
　　 2.Pd/CNTs和Pd/GC电极对乙醇的催化氧化研究
　　 由于甲醇具有相当高的毒性，过量刺激人的视神经会导致失明，因此近年来不少研究方向开始着重于研究用乙醇来代替甲醇，发展乙醇燃料电池，所以本文还将制备的Pd/CNTs电极用于对乙醇的电催化氧化，结果发现它也具有很好的电化学催化效果，体现了CNTs基底在有效分散制备的催化剂材料以及促进和改善电极的电化学性能方面的优越性。说明Pd/CNTs电极在乙醇燃料电池中也有很好的应用前景。
　　 3.Pd/CNTs电极在无酶葡萄糖传感器中应用初探
　　 近几年无酶葡萄糖传感器引起了研究者们的广泛兴趣，目前有不少的工作将Pt纳米粒子或Pt和其他金属的合金纳米粒子修饰到电极表面，来催化氧化葡萄糖，而在Pd基无酶葡萄糖传感器方面的研究非常有限。本文采用电位阶跃的方法在CNTs沉积Pd，获得了颗粒更为细小的Pd纳米粒子修饰电极并用于葡萄糖的检测。这种传感器在葡萄糖浓度为1mM到14mM范围内具有很好的线性，检测限为1μM，并具有很好的稳定性，能在4。℃情况下保存2个月，电流响应几乎不变。
　　 4.Pd-Cu/CNTs电极制备及在无酶葡萄糖传感器中应用初探
　　 通过改变电解液中Pd、Cu的比例，用电位阶跃法制备了几种掺杂铜(Cu)的双金属修饰CNTs电极(Pd-Cu/CNTs)。对葡萄糖的电催化氧化性能研究结果显示，当电解液Pd：Cu=2：1时，获得的Pd-Cu/CNTs电极对葡萄糖具有最好的电催化活性，其对葡萄糖的电流响应大概是Pd/CNTs电极的两倍，检测限为0.1μM。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1 钯纳米粒子

1.1.1 钯(Pd)的电催化性能

1.1.2 Pd纳米粒子的合成方法

1.2碳纳米管(CNTs)

1.2.1碳纳米管作为负载剂的应用

1.2.2碳纳米管在电化学中的应用

1.3燃料电池

1.3.1甲醇燃料电池

1.3.2乙醇燃料电池

1.4葡萄糖传感器

1.4.1葡萄糖传感器介绍

1.4.2无酶葡萄糖传感器

1.5本工作的研究设想及创新点

第二章钯催化剂对甲醇的电催化氧化

2.1引言

2.2.实验部分

2.2.1试剂和仪器

2.2.2电极的处理及制备

2.2.3电化学测试

2.3结果与讨论

2.3.1 Pd纳米颗粒的电化学沉积与表征

2.3.2 Pd/GC和Pd/CNTs电极的电催化活性

2.3.3 Pd电极催化活性的影响因素

2.4本章小结

第三章钯催化剂对乙醇的电催化氧化

3.1引言

3.2实验部分

3.2.1试剂和仪器

3.2.2电极的处理及修饰

3.2.3电化学测试

3.3结果与讨论

3.3.1 Pd纳米颗粒的电化学沉积与表征

3.3.2 Pd/GC和Pd/CNT电极的电催化活性

3.3.3 Pd电极催化活性的影响因素

3.4本章小结

第四章电沉积钯在无酶葡萄糖传感器中的应用初探

4.1引言

4.2实验部分

4.2.1试剂

4.2.2 H2PdCl4溶液的制备

4.2.3 CNTs和GC电极的制备

4.2.4.电化学沉积Pd纳米粒子到GC和CNTs电极表面

4.2.5.仪器设备

4.3结论部分

4.3.1合成的Pd/CNT和Pd/GC电极的表征

4.3.2对葡萄糖的电化学催化氧化

4.3.3 Pd/CNTs电极的稳定性和重现性

4.4本章小结

第五章电沉积钯-铜合金纳米粒子在无酶传感器中的应用

5.1引言

5.2实验部分

5.2.1电极的处理

5.2.2 Pd/GC、Pd/CNTs和Pd-Cu/CNTs电极的制备

5.2.3电极性能的研究

5.3结论部分

5.3.1制备的Pd-Cu/CNTs和Pd/GC电极的表征

5.3.2 Pd-Cu/CNTs电极对葡萄糖的催化氧化

5.4本章小结

参考文献

附录 攻读硕士学位论文期间所发表的学术论文

致 谢