金属Sn对PdC电催化活性的影响

刘宇涵 宁晶 马志强 骆澄 徐菽阳 王悦 陈丹

摘要：本文主要研究的是金属Sn对Pd/C电催化活性的影响，首先选用的是乙二醇体系和甲酸还原剂，然后运用微波辅助法制得Pd/C及Pd-Sn/C催化剂，最后得出Pd-Sn/C催化剂对甲酸电催化活性的影响情况，其影响效果非常显著。

关键词：金属Sn;Pd/C催化剂;电催化活性;影響因素

一、研究金属Sn对Pd/C电催化活性影响的必要性

通常甲酸燃料电池有着许多的优点，主要为：无毒无害、可燃性低、便于存储及运输等等，同时甲酸在催化剂上具有良好的电化学活性，如果甲酸在Pd上，则会生成CO2及H2O，不会产生有毒物质，因为Pd对甲酸具有良好的电催化作用，所以研究金属Sn对Pd/C电催化活性影响是非常有必要的，不仅能够增强甲酸燃料电池的产出效率，而且还能降低能耗、节约资源。

二、燃料电池发展现状

能源是人类赖以生存的必要条件，如果没有能源，则人类就无法生存下去，但由于科技的飞速发展，使得能源开采越来越多，从而不可再生能源就越来越少，为保证能源供应充足，人们便开始研究各种可再生能源。在电池领域，绿色燃料电池就成为了重点关注对象，燃料电池具有很多优点，其不仅转换率大，而且对环境基本没有太大的损害，所以目前燃料电池在电池领域属于最高效、最绿色的一项能源，被广泛用于航天、交通运输以及洁净电站当中。虽然燃料电池的发电率很大，又不受卡诺循环限制，但其也存在着一些问题，主要为：成本较大、功率密度较小、燃料不利于存储等等。同时燃料电池还会涉及到后期维修的问题，很多人都会担心换完燃料电池以后，因为维修人员较少，而导致维修不方便，既没有一定的保障，又会影响运行效率。而且换完燃料电池，还需要更换过滤器，这也会显著增大成本。所以燃料电池发展还不是特别成熟，仍需要不断的研究和开发。燃料电池的运行原理为：燃料与氧化剂分别从电极两端进入，燃料会在阳极发生氧化，从而失去电子，电子会从外部电路到阴极上，从而还原阴极的氧化剂，电解质会把阳极剩余的氢离子送至阴极上与氧负离子反应变为水。

三、金属Sn对Pd/C电催化活性影响实验探究

本实验以乙二醇为体系，以甲酸为还原剂，运用微波辅助法制得Pd/C以及Pd-Sn/C催化剂，然后分别对这两种催化剂的电化学性能展开研究，又运用循环伏安法、线性扫描法和计时电流曲线法分别探究Pd/C及Pd-Sn/C催化剂对甲酸电催化活性的影响，最后借助X射线衍射谱和电化学表面探究这两种催化剂对甲酸电催化氧化属性的影响。

（一）Pd-Sn/C催化剂的配置

首先在乙二醇分散剂中加入一点活性炭，使用超声震荡1个小时，然后用磁力搅拌器搅拌1个小时，随后加入SnSO4溶液，再用磁力搅拌器搅拌1个小时，之后加入氨水，将PH调成8-9，再用磁力搅拌器搅拌2个小时，之后抽滤洗涤，真空干燥8个小时，然后用高温炉加热至400℃以得到Sn/C，并加入一些分散在乙二醇溶液里，用超声振荡1个小时之后，再加入PbCl2溶液，用磁力搅拌2个小时，然后加入2mol·L-1NaOH，把PH调成9，继续用磁力搅拌1个小时，在超声振荡的时候就把甲酸加进溶液里，然后磁力搅拌4小时，随后把生成的产物放至微波里加热30s，之后停30秒，再加热10s，停20秒，如此7次，就能还原PdCl2，最后冷却至室温时，再抽滤洗涤真空干燥8小时，便制成了Pd-Sn/C催化剂。

（二）影响研究

先把金属Pd及Sn负载至活性炭1-2个小时，然后加入2%的水合肼，还原2-3个小时，之后除掉杂质，并实施加氢反应，当实验结束，进行结论。在研究金属Sn对PdC催化活性影响时，共需要10个小时。得到的结论有两个，首先，金属Sn能够显著提高催化剂的电化学比表面积，使得Pd/C催化剂对甲酸电催化氧化的活性以及稳定性均具有良好的提升效果。其次，Sn/C对甲酸的电催化氧化没有影响，其只是具有协助的效果，真正发挥催化效果的是金属Pd。然后我们又进行了如下实验，第一，Pd/C催化剂的配置和对甲酸氧化的电催化影响。第二，Pd-Sn/C催化剂的配置和对甲酸氧化的电催化影响。最后，检测了Pd/C催化剂的电化学比表面积、甲酸电催化氧化活性以及稳定性。该实验分别用了三种不同的催化剂来制得Pd/C催化剂，分别为：Pd/C（a）催化剂、Pd-Sn/C（b）催化剂以及Sn/C（c）催化剂，得到了如下结果，见图1所示。

四、总结

通过上述内容可知，电池行业为保护环境，节约能源，便不断研究各种新的能源，以替代甲醇燃料，新的能源主要为：甲酸、乙醇和丙醇等。其中甲酸属于最好的代替燃料，不仅安全，而且清洁环保。因此，本文便对催化剂的组分以及配置方面展开了深入的研究，以增强甲酸的电催化活性，研究发现Pd对甲酸电催化活性有着良好的促进作用，能够直接氧化甲酸，并不会产生有毒物质CO，既安全又环保。由此本文又进一步探究了Pd/C以及Pd-Sn/C催化剂对甲酸的电催化效果，效果均非常好，所以甲酸燃料能够有效替代甲醇燃料，还会使燃料电池变得更小巧，便捷。

黑龙江省大学生创新创业训练计划项目，项目编号：202013299012。指导教师：宁晶、马志强。

参考文献

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哈尔滨石油学院 黑龙江哈尔滨 150028