管径对碳纳米管负载铂催化剂氧还原的影响

于景华 李文文 朱红

引用本文: 于景华,  李文文,  朱红. 管径对碳纳米管负载铂催化剂氧还原的影响[J]. 物理化学学报, 2017, 33(9): 1838-1845. doi: 10.3866/PKU.WHXB201705052 shu
Citation:  YU Jing-Hua,  LI Wen-Wen,  ZHU Hong. Effect of the Diameter of Carbon Nanotubes Supporting Platinum Nanoparticles on the Electrocatalytic Oxygen Reduction[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2017, 33(9): 1838-1845. doi: 10.3866/PKU.WHXB201705052 shu

管径对碳纳米管负载铂催化剂氧还原的影响

  • 基金项目:

    北京市科技计划(Z171100000917019),国家重点基础研究发展计划(2016YFB0101203),国家自然科学基金(21376022,21476020),国际科技合作项目(2013DFA51860)和中央高校基本科研业务费(JC1504)资助

摘要: 采用微波辅助乙二醇法制备了一系列酸处理后的不同管径(8-15,20-30,30-50,>50 nm)的碳纳米管(CNT)负载铂(Pt)催化剂(Pt/CNT)。通过X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)、热重分析仪(TGA)、透射电子显微镜(TEM)对所制得催化剂进行结构表征;采用循环伏安法(CV)和线性扫描伏安法(LSV)对其催化性能进行测试。结果表明,不同管径的碳纳米管对Pt的粒径、载量和分散性有一定程度影响;然而,不同CNT管径的催化剂表现出明显不同的催化氧还原反应(ORR)活性。采用管径为8-15 nm的CNT作为载体制备的催化剂(Pt/CNT8)的Pt载量最高,表现出有很好的催化活性和稳定性。Pt/CNT8在0.9 V时Pt的质量活性为0.188 A·mg-1,是商业催化剂(JM Pt/C)的2倍。经扫描5000圈稳定性测试之后,Pt/CNT8的半波电位负移(~7 mV)远远小于商业JM Pt/C半波电位的负移(~32 mV),表现出优越的催化ORR稳定性。

English

    1. [1]

      (1) Frederick, T. W.; Balasubramanian, L.; Mark, F. M. J. Phys. Chem. Lett. 2010, 1, 2204. doi: 10.1021/jz100553m

    2. [2]

      (2) Debe, M. K. Nature 2012, 486, 43. doi: 10.1038/nature11115

    3. [3]

      (3) Yi, B. L. Fuel Cells—Principle technologies and applications.Chemical Industry Press: Beijing, 2003. [衣宝廉. 燃料电池: 原理·技术·应用. 北京: 化学工业出版社, 2003.]

    4. [4]

      (4) Li, W. Z.; Liang, C. H.; Zhou, W. J. J. Phys. Chem. B 2003, 107, 6292. doi: 10.1021/jp022505c

    5. [5]

      (5) Stoyanova, A.; Naldenov, V.; Petrov, K.; Nikolov, I.; Vitanov, T.; Budevski, E. J. Appl. Electrochem. 1999, 29, 1197. doi: 10.1023/A:1003482613323

    6. [6]

      (6) Aricò, A.S.; Stassi, A.; Modica, E.; Ornelas, R.; Gatto, I.; Passalacqua, E.; Antonucci, V. J. Power Sources 2008, 178, 525. doi: 10.1016/j.jpowsour.2007.10.005

    7. [7]

      (7) Wang, J. J.; Yin, G. P.; Shao, Y. Y.; Zhang, S.; Wang, Z. B.; Gao, Y. Z. J. Power Sources 2007, 171, 331. doi: 10.1016/j.jpowsour.2007.06.084

    8. [8]

      (8) Zhang, C. L.; Wang, S. Y.; Peng, Z. M. J. Mater. Chem. A 2014, 2, 19778. doi: 10.1039/C4TA04728A

    9. [9]

      (9) Stamenkovic, V. R.; Mun, B. S.; Arenz, M.; Mayrhofer, K. J.; Lucas, C. A.; Wang, G.; Ross, P. N.; Markovic, N. M. Nat. Mater. 2007, 6, 241. doi: 10.1038/nmat1840

    10. [10]

      (10) Huang, H. X.; Chen, S. X.; Yuan, C. J. Power Sources 2008, 175, 166. doi: 10.1016/j.jpowsour.2007. 08.107

    11. [11]

      (11) Sun, Z. P.; Zhang, X. G.; Liang, Y. Y.; Tong, H.; Xue, R. L.; Yang, S.D.; Li, H. L. Electrochim. Acta 2009, 633, 1. doi: 10.1016/j.jelechem.2009.04.013

    12. [12]

      (12) Ahn, S. H.; Kwon, O. J.; Kim, S. K.; Choi, I.; Kim, J. J. Int. J. Hydrogen Energy 2010, 35, 13309. doi: 10.1016/j.ijhydene.2010.09.035

    13. [13]

      (13) Wan, K.; Long, G.; Liu, M.; Du, L.; Liang, Z.; Tsiakaras, P. Appl. Catal. B: Environm. 2015, 165, 566. doi: 10.1016/j.apcatb.2014.10.054

    14. [14]

      (14) Viva, F. A.; Bruno, M. M.; Franceschini, E. A.; Thomas, Y. R. J.; Ramos S. G.; Solorza-Feria, O.; Corti, H. R. Int. J. Hydrogen Energy 2014, 39, 8821. doi: 10.1016/j.ijhydene.2013.12.027

    15. [15]

      (15) Madhu, S. S.; Mohammad, N. B.; Zhang, Y.; Li, R. Y.; Sun X. L.; Cai, M.; Frederick, T. W. J. Power Sources 2009, 192, 330. doi: 10.1016/j.jpowsour.200 9.02.087

    16. [16]

      (16) Tong, H.; Li, H. L.; Zhang, X. G. Carbon 2007, 45, 2424. doi: 10.1016/j.carbon.2007.06.028

    17. [17]

      (17) Walid, M. D.; Toyoko, I. J. Experim. Nanosci. 2015, 10, 392. doi: 10.1080/17458080.2013.838703

    18. [18]

      (18) Zhang, Y.; Hu, J. S.; Wei, Z. D.; Wan L. J. ACS Catal. 2015, 5, 2903. doi: 10.1021/acscatal.5b00117

    19. [19]

      (19) Guo, L.; Chen, S. G.; Wei, Z. D. J. Power Sources 2014, 255, 387. doi: org/10.1016/j.jpowsour.2014.01.040

    20. [20]

      (20) Gong, K.; Du, F.; Xia, Z.; Durstock, M.; Dai, L. Science 2009, 323, 760. doi: 10.1126/science.1168049

    21. [21]

      (21) Guo, L.; Chen, S. G.; Li, L.; Wei, Z. D. J. Power Sources 2014, 247, 360. doi: org/10.1016/j.jpowsour.2013.08.102

    22. [22]

      (22) Wang, X.; Li, W. Z.; Chen, Z. W.; Wa, J. M.; Yan, Y. S. J. Power Sources 2006, 158, 154. doi: 10.1016/j.jpowsour.2005.09.039

    23. [23]

      (23) Wu, G.; Xu, B. Q.; J. Power Sources 2007, 174, 148. doi: 10.1016/j.jpowsour.2007.08.024

    24. [24]

      (24) Zhao, Y. C.; Lan, H. X.; Deng, B. B.; Tian, J. N.; Yang, X. L.; Wang, F. Y. Acta Phys. -Chim. Sin. 2010, 26, 2255. [赵彦春, 兰黄鲜, 邓彬彬, 田建袅, 杨秀林, 王凤阳. 物理化学学报, 2010, 26, 2255.]doi: 10.3866/PKU.WHXB20100829

    25. [25]

      (25) Chen, Y.; Tang, Y. W.; Kong L. Y.; LIU, C. P.; XING, W.; LU, T. H. Acta Phys. -Chim. Sin. 2006, 22, 119. [陈煜, 唐亚文, 孔令涌, 刘长鹏, 邢巍, 陆天虹. 物理化学学报, 2006, 22, 119.]doi: 10.3866/PKU.WHXB20060124

    26. [26]

      (26) Hsieh, C. T.; Gu, J. L.; Tzou, D. Y.; Chu, Y. C.; Chen, Y. C. Int. J. Hydrogen Energy 2013, 38, 10345. doi: 10.1016/j.ijhydene.2013.05.146

    27. [27]

      (27) He, D. P.; Zeng, C.; Xu, C.; Cheng N. C.; Li, H. G.; Mu, S. C.; Pan, M. Langmuir 2011, 27, 5582. doi: 10.1021/la2003589

    28. [28]

      (28) Li, X. G.; Hsing, I. Electrochim. Acta 2006, 51, 5250. doi: 10.1016/j.electacta.2006.01.046

    29. [29]

      (29) Tao, L.; Dou, S.; Ma, Z. L; Wang, S. Y. Electrochimica. Acta 2015, 157, 46. doi: 10.1016/j.electacta.2015.01.054

    30. [30]

      (30) Fang, B. Z.; Kim, M. S.; Kim, J. H.; Song, M. Y.; Wang Y. J.; Wang, H. J.; Wilkinson, D. P.; Yu J. S. J. Mater. Chem. 2011, 21, 8066 doi:10.1039/C1JM10847F

    31. [31]

      (31) Kong, B. S.; Jung, D. H.; Oh, S. K.; Han, C. S.; Jung, H. T. J . Phys. Chem. C 2007, 111, 8377. doi: 10.1021/jp071297r

    32. [32]

      (32) Nie, Y.; Li, L.; Wei, Z. D. Chem. Soc. Rev. 2015, 44, 2168. doi:10.1039/C4CS00484A

    33. [33]

      (33) Yu, R. Q; Chen, L. W.; Liu Q. Q.; Lin J. Y.; Tan, K. Lee.; Siu, C. N.; Chan, H. S. O.; Xu G. Q.; Hor, T. S. A. Chem. Mater 1998, 10, 718. doi: 10.1021/cm970364z

    34. [34]

      (34) Star, A.; Liu, Y.; Grant, K.; Ridvan, L.; Stoddart, J. F.; Steuerman, D.W.; Diehl, M. R.; Boukai, A.; Heath, J. R. Macromolecules 2003, 36, 553. doi: 10.1021/ma021417n

    35. [35]

      (35) Soin, N.; Roy, S. S.; Karlsson, L.; McLaughlin, J. A. Diamond RelatMater 2010, 19, 595. doi: 10.1016/j.diamond.2009.10.029

    36. [36]

      (36) He, D. P.; Mu, S. C; Pan, M. Carbon 2011, 49, 82. doi: 10.1016/j.carbon.2010.08.045

    37. [37]

      (37) Mu, Y.; Liang, H.; Hu, J.; Jiang, L.; Wan, L. J. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 22212. doi: 10.1021/jp0555448

    38. [38]

      (38) Liu, Z. L.; Lin, X. H.; Lee, J. Y.; Zhang, W.; Han, M.; Gan, L. M. Langmuir 2002, 18, 4054. doi: 10.1021/la0116903

    39. [39]

      (39) Kongkanand, A.; Kuwabata, S.; Girishkumar, G.; Kamat, P. Langmuir 2006, 22, 2392. doi: 10.1021/la052753a

    40. [40]

      (40) Liu, J. B.; Yuan, Y.; Bashir, S. Energies 2013, 12, 6476. doi:10.3390/en6126476

    41. [41]

      (41) Zhao, Y. C.; Yang, X. L.; Tian, J. N. Electrochim. Acta 2009, 54, 7114. doi: 10.1016/j.electacta.2009.07.021

    42. [42]

      (42) Yu, H.; Zeng, K.; Fu, X. B.; Zhang, Yan.; Peng, F.; Wang, H. J.; Yang, J. J. Phys. Chem. C 2008, 112, 11875. doi: 10.1021/jp804003g

    43. [43]

      (43) Hussain, S.; Pal, A. K. Mater. Lett. 2008, 62, 1874. doi:10.1016/j.matlet.2007.10.021

    44. [44]

      (44) Luo, M. C.; Wei, L. L.; Wang, F. W.; Han, K. F.; Zhu, H. J. Power Sources 2014, 270, 34. doi: 10.1016/j.jpowsour.2014.07.102

    45. [45]

      (45) Zhu, H.; Luo, M. C.; Zhang, S.; Wei, L. L.; Wang, F. W.; Wang, Z. G.; Wei, Y. S.; Han, K. F. Int. J. Hydrogen Energy 2013, 38, 3323. doi: 10.1016/j.ijhydene.2012.12.12

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  2
  • 文章访问数:  843
  • HTML全文浏览量:  110
文章相关
  • 发布日期:  2017-05-05
  • 收稿日期:  2017-03-23
  • 修回日期:  2017-04-24
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章