金屬Sn對PdC電催化活性的影響

劉宇涵 寧晶 馬志強 駱澄 徐菽陽 王悅 陳丹

摘要：本文主要研究的是金屬Sn對Pd/C電催化活性的影響，首先選用的是乙二醇體系和甲酸還原劑，然后運用微波輔助法制得Pd/C及Pd-Sn/C催化劑，最后得出Pd-Sn/C催化劑對甲酸電催化活性的影響情況，其影響效果非常顯著。

關鍵詞：金屬Sn;Pd/C催化劑;電催化活性;影響因素

一、研究金屬Sn對Pd/C電催化活性影響的必要性

通常甲酸燃料電池有著許多的優點，主要為：無毒無害、可燃性低、便于存儲及運輸等等，同時甲酸在催化劑上具有良好的電化學活性，如果甲酸在Pd上，則會生成CO2及H2O，不會產生有毒物質，因為Pd對甲酸具有良好的電催化作用，所以研究金屬Sn對Pd/C電催化活性影響是非常有必要的，不僅能夠增強甲酸燃料電池的產出效率，而且還能降低能耗、節約資源。

二、燃料電池發展現狀

能源是人類賴以生存的必要條件，如果沒有能源，則人類就無法生存下去，但由于科技的飛速發展，使得能源開采越來越多，從而不可再生能源就越來越少，為保證能源供應充足，人們便開始研究各種可再生能源。在電池領域，綠色燃料電池就成為了重點關注對象，燃料電池具有很多優點，其不僅轉換率大，而且對環境基本沒有太大的損害，所以目前燃料電池在電池領域屬于最高效、最綠色的一項能源，被廣泛用于航天、交通運輸以及潔凈電站當中。雖然燃料電池的發電率很大，又不受卡諾循環限制，但其也存在著一些問題，主要為：成本較大、功率密度較小、燃料不利于存儲等等。同時燃料電池還會涉及到后期維修的問題，很多人都會擔心換完燃料電池以后，因為維修人員較少，而導致維修不方便，既沒有一定的保障，又會影響運行效率。而且換完燃料電池，還需要更換過濾器，這也會顯著增大成本。所以燃料電池發展還不是特別成熟，仍需要不斷的研究和開發。燃料電池的運行原理為：燃料與氧化劑分別從電極兩端進入，燃料會在陽極發生氧化，從而失去電子，電子會從外部電路到陰極上，從而還原陰極的氧化劑，電解質會把陽極剩余的氫離子送至陰極上與氧負離子反應變為水。

三、金屬Sn對Pd/C電催化活性影響實驗探究

本實驗以乙二醇為體系，以甲酸為還原劑，運用微波輔助法制得Pd/C以及Pd-Sn/C催化劑，然后分別對這兩種催化劑的電化學性能展開研究，又運用循環伏安法、線性掃描法和計時電流曲線法分別探究Pd/C及Pd-Sn/C催化劑對甲酸電催化活性的影響，最后借助X射線衍射譜和電化學表面探究這兩種催化劑對甲酸電催化氧化屬性的影響。

（一）Pd-Sn/C催化劑的配置

首先在乙二醇分散劑中加入一點活性炭，使用超聲震蕩1個小時，然后用磁力攪拌器攪拌1個小時，隨后加入SnSO4溶液，再用磁力攪拌器攪拌1個小時，之后加入氨水，將PH調成8-9，再用磁力攪拌器攪拌2個小時，之后抽濾洗滌，真空干燥8個小時，然后用高溫爐加熱至400℃以得到Sn/C，并加入一些分散在乙二醇溶液里，用超聲振蕩1個小時之后，再加入PbCl2溶液，用磁力攪拌2個小時，然后加入2mol·L-1NaOH，把PH調成9，繼續用磁力攪拌1個小時，在超聲振蕩的時候就把甲酸加進溶液里，然后磁力攪拌4小時，隨后把生成的產物放至微波里加熱30s，之后停30秒，再加熱10s，停20秒，如此7次，就能還原PdCl2，最后冷卻至室溫時，再抽濾洗滌真空干燥8小時，便制成了Pd-Sn/C催化劑。

（二）影響研究

先把金屬Pd及Sn負載至活性炭1-2個小時，然后加入2%的水合肼，還原2-3個小時，之后除掉雜質，并實施加氫反應，當實驗結束，進行結論。在研究金屬Sn對PdC催化活性影響時，共需要10個小時。得到的結論有兩個，首先，金屬Sn能夠顯著提高催化劑的電化學比表面積，使得Pd/C催化劑對甲酸電催化氧化的活性以及穩定性均具有良好的提升效果。其次，Sn/C對甲酸的電催化氧化沒有影響，其只是具有協助的效果，真正發揮催化效果的是金屬Pd。然后我們又進行了如下實驗，第一，Pd/C催化劑的配置和對甲酸氧化的電催化影響。第二，Pd-Sn/C催化劑的配置和對甲酸氧化的電催化影響。最后，檢測了Pd/C催化劑的電化學比表面積、甲酸電催化氧化活性以及穩定性。該實驗分別用了三種不同的催化劑來制得Pd/C催化劑，分別為：Pd/C（a）催化劑、Pd-Sn/C（b）催化劑以及Sn/C（c）催化劑，得到了如下結果，見圖1所示。

四、總結

通過上述內容可知，電池行業為保護環境，節約能源，便不斷研究各種新的能源，以替代甲醇燃料，新的能源主要為：甲酸、乙醇和丙醇等。其中甲酸屬于最好的代替燃料，不僅安全，而且清潔環保。因此，本文便對催化劑的組分以及配置方面展開了深入的研究，以增強甲酸的電催化活性，研究發現Pd對甲酸電催化活性有著良好的促進作用，能夠直接氧化甲酸，并不會產生有毒物質CO，既安全又環保。由此本文又進一步探究了Pd/C以及Pd-Sn/C催化劑對甲酸的電催化效果，效果均非常好，所以甲酸燃料能夠有效替代甲醇燃料，還會使燃料電池變得更小巧，便捷。

黑龍江省大學生創新創業訓練計劃項目，項目編號：202013299012。指導教師：寧晶、馬志強。

參考文獻

[1]張鵬，閆江梅，劉春紅，李岳鋒，唐良，李凡，陳丹.間苯二酚一步加氫制備1，3-環己二酮Pd/C催化劑制備工藝研究[J].工業催化.2020（12）.

[2]李強，郁豐善.活性炭預處理對氫化松香制備用5%Pd/C催化劑性能的影響[J].中國資源綜合利用.2019（11）.

[3]慧芹，陳衛民.精細過濾器在Pd/C催化劑回收中的應用[J].齊化工中間體.2009（04）.

[4]王昭文，閆江梅，張鵬，張磊，李岳鋒，李小虎，曾利輝.曲美他嗪合成用Pd/C催化劑的制備研究[J].山東化工.2017（19）.

哈爾濱石油學院 黑龍江哈爾濱 150028