电沉积法制备树枝状的钯锡合金及其电催化氧化乙醇的活性研究

直接乙醇燃料电池能将燃料乙醇的化学能直接转化为电能，乙醇可直接从农业废弃物中制得，价格低廉，且乙醇理论能量密度高、对质子交换膜的渗透率低，是一种备受关注的绿色能源。碱性条件下钯比铂对乙醇具有更好的催化活性，它比铂在地球上储量高、价格低。但是钯催化剂也不能完全摆脱CO类物种的中毒，在钯基础上添加第二组元Sn元素，由于二者间的电子效应和几何效应，可以提高催化剂的活性和稳定性。双金属纳米粒子的催化活性受到组分、尺寸、载体、形貌等因素影响显著。通过调控双金属纳米粒子的形貌可以提高其催化活性。纳米枝晶结构由大量的分支构成，含有大量的边缘和角落原子，能增加催化剂的活性位点数。催化剂的制备方法有液相还原法、电化学沉积法等。电沉积法具有操作简单、安全、参数可控的优点，通过优化参数可以方便的制备枝晶结构的催化剂。在枝晶催化剂的制备中，络合剂可以调节晶体生长过程，选用酒石酸作为络合剂，利用它和金属离子的配位作用调剂枝晶催化剂的形貌，进而提高催化剂的性能。主要工作如下:
　　1.首次以酒石酸为保护剂使用恒电流沉积法制备单晶的、分层的树枝状结构的钯锡合金。探究了分层的树枝状结构的制备条件:优化了前躯体PdCl2/SnCl2比例、电沉积时间、沉积电流密度和酒石酸浓度。最佳制备条件是:PdCl2/SnCl2=1∶4，电流密度是1.5 mAcm-2，酒石酸浓度为0.02 mol/L，沉积时间为60 min。
　　2.初步探讨了分层的树枝状的钯锡合金的生长机理:是在热力学非平衡态下，扩散控制使晶体延Pd1Sn4的(131)面优先生长形成的。且生长过程受到Sn原子的诱导;探讨了酒石酸的作用:作为保护剂防止晶粒团聚，利于树枝状结构的分层。
　　3.测试了不同比例的钯锡催化剂对乙醇的电催化氧化性能，各比例的钯锡催化剂都比纯钯催化剂具有更好的催化活性，其中Pd1Sn4具有最好的活性;测试了分层的树枝状的Pd1Sn4-1和未分层的Pd1Sn4-2催化剂，分层的树枝状的Pd1Sn4-1具有最优异的催化活性。
　　4.探究了Pd1Sn4-1对乙醇催化活性最好的原因:Pd1Sn4-1具有更大的比表面积和更多催化活性位点，Sn的加入改变了Pd的电子结构和几何结构，Sn表面能提供方更多-OH，提高了对乙醇催化活性。