Co、Mn、Ni纳米粒的制备及其对联氨的催化氧化性能研究.pdfVIP

第 4 0卷第 9期 2 0 1 1年 9月 应用化工 Ap p l i e d C h e mi ca l I n d u s t r y Vo 1 4 0 N o 9 S e p 2 0 1 1 C o Mn N i 纳米粒 的制备及其对联氨 的 催化氧化性 能研究 唐超 周德璧 徐灿 中南大学 化学化工学院 湖南 长沙4 1 0 0 8 3 摘要 采用浸溃 液相还原法 分别制备了纳米 co N i M n 催化剂 以泡沫镍为集电体 以不同材料作为载体制备电 极 采用极化曲线测试了不同催化剂对联氨氧化的催化性能 结果表明 co 和 N i对联氨氧化有明显的催化效果 而 M n基本没有催化效果 C o和 N i相比较 在 一 0 8 V电位下 C o的电流密度为 1 7 5 m A e m 2 N i的达到2 5 0 ll l A e m2 可 见 N i对联氨的氧化反应有较好的催化作用 同时 V u l ca n X C 7 2作为催化剂载体更有助于提高催化剂性能 关键词 联氨氧化 纳米粒 电催化 电化学性能 中图分类号 T Q 1 5 2 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 1 3 2 0 6 2 0 1 1 0 9 1 6 2 0一 o 3 Pr e p a r a t io n o f Co M n Ni n a n o p a r t icl e s a n d cat a l y t ic a ct iv it y f o r o x id a t io n o f h y d r a z in e T A NG C h a o Z HOU De b i XU C a n I n s t i t u t e o f C h e m i s t r y a n d C h e m i ca l E n g in e e r in g C e n t r a l S o u t h U n iv e r s it y C h a n g s h a 4 1 0 0 8 3 C h in a Ab s t r a ct El e ct r o d e s w e r e ma d e w it h f o a me d n ick e l a s e l e ct r i cit y co l l e ct o r a n d d i ff e r e n t ma t e ri a l s a s ca r ri e r o f C o Ni Mn n a n o ca t a l y s t s t h a t we r e p r e p are d b y t h e me t h o d o f imp r e g n a t io n l iq u id p h a s e red u cti o n T h e a ctiv it y f o r t h e o x id a ti o n o f h y d r a z in e o f ca t a l y s t s p r o d u ce d wa s t e s t e d b y p o l a ri z a t io n cu r v e T h e r e s u h s in d ica t e d t h a t t h e e ff e ct o f C o a n d N i w a s o b v i o u s a n d it w a s w e a k for Mn ca t a l y s t Ni w a s co n s id e red t o p e r f o r m b e t t e r w h e n co mp are d with C o t h a t t h e cu r r e n t d e n s ity o f Ni wa s 2 5 0 mA e m2 w h il e 1 7 5 mA cm for C o a t the p o t e n tia l o f一0 8 V B e s i d e s Vu l ca n XC 7 2 h a s a b e t t e r p e r f o rm an ce in i m p r o v in g the a ct iv it y o f ca t a l y s t s Ke y wo r d s h y d r a z in e o x id a t io n n an o p a r t icl e s e l e ct r ica l ca t a l y s is e l e ct r o ch e mical a cti v it y 联氨具有碱性和吸湿性 易结合水分子形成 N H H 0 又称水合肼 肼广泛应用在化工 医 药 农业 航天等领域 可用作发泡剂 农药 水处理 火箭推进剂和燃料电池的燃料 引 联氨 空气燃料 电池理论电压为 1 5 7 V 具有 良好的应用前景 寻 找一种廉价 性能优异的催化剂 将促进联氨燃料电 池发展 T a n C等 别对肼在镍表面的氧化性能 进行了研究 Y i Q F 等 指出 肼在 A g电极表面有 较好的电催化氧化性能 液相还原法是制备金属纳 米粒的常见方法之一 有学者以联氨为还原剂 制备 了金属纳米粒 本文以K B H 为还原剂 采用液 相还原法 制备了C o N i等纳米金属粒子 制备成电 极 研究其对联氨的催化氧化性能 1 实验部分 1 1 试剂与仪器 无水乙醇 聚乙烯吡咯烷酮 P V P 结晶硝酸 钴 硼氢化钾 V u l ca n X C 7 2 泡沫镍 导电炭黑 乙炔 黑均为分析纯 D M a x 2 5 0 0 P C型 x射线衍射仪 K Q 5 0 B超声 波清洗器 2 0 2 A恒温干燥箱 C H I 6 0 4 B型电化学工 作站 J J 1 型定时电动搅拌机 H g H g O电极 1 2 电极的制备 1 2 1 纳米钴镍催化剂的制备将无水乙醇与去 离子水以6 5的比例混合 作为溶剂待用 以P V P 金属 还原剂摩尔配比为 1 0 l 1 0的比例制备金属 纳米颗粒 以 co为例 称取 1 1 1 g的 P V P和 收稿 日期 2 0 1 1 0 5 2 8 修改稿 日期 2 0 1 1 0 6 1 3 作者简介 唐超 1 9 8 7一 男 四川 内江人 中南大学在读硕士研究生 师从周 德璧 教授 从 事电化学方面的研究 电话 1 3 5 4 8 5 4 4 7 3 4 E m a il t a n g ch 8 7 1 6 3 C O rn 通讯联系人 周德璧 1 9 5 2 一 男 教授 博士生导师 从事电化学研究 电话 1 3 8 7 5 9 7 7 1 0 7 E m a l l z h o u d b m a l 1 cs u edu o n 第 9期 唐超等 C o Mn N i纳米粒的制备及其对联氨的催化氧化性能研究 1 6 2 1 0 3 0 g的 C o N O 3 6 H 0 分别加入到配制好 的 溶剂中 超声 1 h 使金属离子能够完全分散到 P V P 上 边搅拌边加入 0 6 0 g的 K B H4 然后置于油浴 锅中搅拌6 h 使之反应完全 在温度从4 5 匀速降 到 2 5 的条件下 制备纳米材料 产物用无水乙醇 洗涤 3 次 然后放在5 0 烘箱中干燥0 5 h 备用 1 2 2 工作电极的制备以泡沫镍为集电体 分别 以 V u l ca n X C 7 2 V u l ca n X C 7 2 乙炔黑 l 1 V u l ca n X C 7 2 导电炭 1 1 乙炔黑 导 电炭 1 1为 催化剂载体制备电极 称取 E F 催化剂载体 金 属纳米粉末 其质量比为 1 5 1 搅拌 加入适量无 水乙醇 使之均匀混合 得到黑色团状固体 通过逐 步辊压 使之形 成 0 2 mm厚度 的薄膜 膜再用辊 压机压到泡沫镍上 然后放人 4 0 a 的烘箱 中烘干 待用 实验中采用 2 m o l L的联氨 6 m o l L的 K O H 水溶液 1 3 催化剂的 X R D表征 扫描时采用 C u K o t 辐射 波长0 1 5 4 0 5 6 n m 管 压 4 O k V 管流3 0 0 m A 以连续方式采样 扫描速率 4 rai n 1 4 电极的电化学性能测试 测试系统由电化学工作站及其配套软件组成 电解池采用三电极体系 以 H g H g O为参比电极 对 电极为面积6 cm 铂片 含有催化剂的电极为工作 电极 面积为 1 cm2 2结果与讨论 2 1 C o催化剂的 X射线衍射分析 co 纳米粒的X R D衍射分析见图1 3 OO 2 50 2O0 1 5O 隧 1 0 0 50 O 1 l I J I l i I 一 1 O 2 O 3 O 4O 50 6 O 7O 8 O 2 0 图 I 含 co产物的 x射线衍射图 F ig 1 X r a y d i ff r a ct io n p a t t e m o f t h e p r o d u ct w it h C o 由图 1 可知 存在 c0 的衍射峰 在2 9 4 4 3 2 与标准粉末衍射卡完全符合 结合 S ch e r e r 公式 近 似计算出2 0 4 4 3 2 时的纳米 C o粒子的平均粒径 约9 n m 制备的产物中存在 co 单质 但是单质的 含量比较少 可能是有部分 co粒子没有吸附到分 散剂 P V P上而被氧化 2 2 Co催化剂的催化性能 在 2 m o l L N 2 H 4 H 2 0 6 mo l L K O H溶液 中测试 了不 同电极的极化曲线 见图 2 电 图2 不同电极极化曲线 V 8 H g H g O F i g 2 P o l a r iz a t i o n cu r v e 8 o fd i ffe r e n t e l e ct r o d e s 由图2可知 在 1 m o l L联氨溶液中 3 种电极 的极化曲线都有一定的电流值产生 加了 co 催化 剂的电极 电流密 度要 远远 高 于未加 C o的 V u l ca n x C 7 2电极 空白泡沫镍电极本身对联氨氧化就存 在一定的催化作用 2 3 不同催化剂载体的影响 以 C o 为催化剂 不同催化剂载体制备的电极 的极化 曲线见图 3 电压 V 图3 不同催化剂载体的 C o 催化剂电极极化 曲线 V 8 H g H g O F i g 3 P o l a r iz a t i o n cu r v e s o f e l e ct r o d e s w it h C o ca t a l y s t o f d i ff e r e n t ca r r i e r s 由图 3可知 4种催化剂载体的电极对联氨氧 化有明显的催化作用 在 一 0 8 V时 纯 X C 7 2的 电流密度达到 1 7 5 m A cm 2 而乙炔黑 导电炭 1 1 的电极仅为 6 0 m A cll l 可见 X C 7 2 作为催化剂载 体的效果要高于乙炔黑和导电炭 2 4 Ni Mn Co催化性能比较 在 2 m o l L的 N 2 H 4 H2 0 6 mo l L的 K O H 溶液中 测试 N i M n C o 催化剂制备的电极的循环 伏安曲线和极化曲线 见图4 应用化工 第 4 J D 卷 电压 V 图4 不同催化剂电极的极化曲线 v s H g H g O F i g 4 P o l a r i z a t i o n cu r v e s o f e l e ct r o d e s o f d i ffe r e n t ca t a l y s t s 由图4可知 C o和 N i对联氨氧化 有明显催化 效果 M n 基本没有催化效果 C o和 N i相 比较 在 一 0 8 V 电位下 C o 的电流密度约为 1 7 5 m A f cm N i的达到2 5 0 m A cm 所以 N i对联氨的氧化反应 有更好的催化作用 3 结论 浸渍 液相还原法 以 K B H 为还原剂 以 P V P 为分散剂 在醇溶液中还原二价的c0 N i盐 分别制 备了C 0 N i M n纳米粒 以得到的纳米材料作为催 化剂 以不同的材料为载体 泡沫镍为集电体 制备 含催化剂的电极 采用极化曲线研究其对水合肼电 化学氧化的催化性能 结果表明 C 0 N i对水合肼氧 化有明显的催化效果 M n 对联氨的氧化没有催化作 用 其 中 的催化效果最为 明显 同时 使用 V u 1 ca ll X C 7 2 乙炔黑 炭粉作为催化荆载体 V u l ca n X C 7 2有改善催化剂性能的作用 参考文献 1 汪多仁 水合肼的开发与应用拓展 J 化工中闻体 2 0 0 6 6 1 6 2 0 2 冯世宏 金丽 水合联氨的合成及应用 J 辽宁工学 院学报 2 0 0 0 2 0 5 5 8 6 1 3 于文强 牛凤娟 P d纳米颗粒修饰钛电极的制备及对 肼的电氧化 c 第 2 8届全国化学与物理电源学术 一 年会 广州 华南师范大学 2 0 0 9 4 T an C Wa n g F L i u J J e t a1 A n e a s y r o u t e t o p r e p a r e ca r b o n b l a ck s il v e r h y b ri d c a t a l y s t s f o r e l e ct r o ca t aly t ic o x i d a t i o n o f h y d r a z in e J Ma t e ria l s L e t t e r s 2 0 0 9 6 3 9 6 9 9 7 1 5 易清风 李磊 新型钛基镍电极对肼氧化反应的电催 化活性 J 无机化学学报 2 0 0 9 1 1 6 6 1 7 0 6 Y i Q F L i L Y u W Q e t a 1 A n o v e l tit a n iu m s u p p o r t e d A g T i e l e ct r o d ef o r t h e e l ec t r o o x i d a t i o n o f h y d r a z i n e J J o u r n a l of Mo l e cu l a r C a t a l y s is A C h e mi ca 2 0 0 8 2 9 5 3 4 3 8 7 祝溪明 曹中秋 液相还原法制备纳米 cu N i合金粉末 J 沈阳师范大学学报 2 0 0 6 2 4 1 7 7 7 9 8 陈慧玉 汤皎宁 辛剑 等 联氨还原法制备镍纳米粒 子 J 功能材料与器件学报 2 0 0 5 1 1 4 4 9 5 4 9 7 上接第 1 6 1 9页 当 N a H C O 3 浓度 0 4 m o l L时 P V P的质均分 子 量 粘度以及 D变化均不大 且 D接近 1 说明多分 散性程度小 所以本聚合反应采用 N a H C O 浓度为 0 4 m o l L作为适宜浓度 2 4 头发的卷曲度保持率 测得涂抹 自制睹喱后发束的卷曲度保持率为 8 6 9 比市售暗喱的卷曲度保持率 8 5 5 稍好 一 些 2 5 嗜喱的性能指标 自 制睹喱与市售定型暗喱的各种性能指标基本 一 致 比如涂抹睹喱后 头发都具有良好的光泽度 良好的梳理性 易清洗 放置 1 2 h不发黏 4 8 恒温 恒湿条件下放置7 d 不出现凝块 稳定性好等特点 3结论 将 N V P通过 自