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标签：学科前沿
关键词：咪唑离子液体Pd纳米颗粒甲酸燃料电池
直接甲酸燃料电池（DFAFCs），是一种基于钯(Pd)基催化剂的清洁能源储能器件。它具备能量密度高、工作温度低、毒性低和环境友好等特点。但其制备成本高、性能较差以及一氧化碳(CO)中毒风险大等缺陷限制了它的商业化发展。为了解决CO中毒问题，对催化剂进行复合改性通常是有效的途径。改性载体可用于分散Pd纳米颗粒，为改善催化剂的电化学活性奠定基础。碳纤维是一种很有潜力的支撑材料，它有高的比表面积，能提供更多的催化位点。此外，煤和非金属也是很好的改性材料。煤不仅可以发展成为燃料电池催化剂，还可以添加到碳纤维中产生更多的缺陷。研究显示，掺杂非金属元素可以改善载体与钯的相互作用。基于此，新疆大学应用化学研究所的王瑞英团队研发了一种基于多金属氧化物的离子液体改性煤基碳纤维(NP-CFs)载体复合Pd催化剂（Pd/IL/NP-CFs）。并着重研究了离子液体改性对于甲酸电催化氧化的影响。图1.复合催化剂的制备
（图片来源：AppliedSurfaceScience）
如图1所示，研究人员采用静电纺丝技术，以煤作为碳纤维的基材料，并利用金属离子液体1-甲基-3-烷基咪唑磷钼酸盐进行改性，最终获得具有丰富缺陷和活性位点的Pd/IL/NP-CFs复合催化剂。TEM（如图2）可以明显的观察到复合材料的结构，烷基链越长的离子液体，改性负载的效果越好。
图2.高分辨TEM和尺寸分布图(a-c)Pd/NP-CFs;(d-f)Pd/(emim)3PMo12O40/NP-CFs;(g-i)Pd/(bmim)3PMo12O40/NP-CFs;(j,k,l)Pd/(C12mim)3PMo12O40/NP-CFs;(m-o)Pd/(C16mim)3PMo12O40/NP-CFs
（图片来源：AppliedSurfaceScience）
图3.XPS图谱(A)XPS;(B)C1s;(C)N1s;(D)Pd3d
（图片来源：AppliedSurfaceScience）
电化学测试表明（如图3-4所示），离子液体改性的Pd/NP-CFs催化剂表现出现更多的催化活性点位，并且具有更佳的CO生成抗性。此外，通过对不同烷基链长度的离子液体表面改性研究，发现长链阳离子的金属离子液体的效果更优。
图4.电化学C-V曲线
（图片来源：AppliedSurfaceScience）
图5.安培I-t曲线
（图片来源：AppliedSurfaceScience）
文章采用加热回流法制备了不同烷基链长的Pd、咪唑离子液体和NP-CFS复合催化剂，并对它们的电化学性能进行了比较。咪唑离子液体POMS改性后，催化剂的甲酸氧化性能得到提高，抗CO中毒性能得到提高，且优于Pd/NP-CFS。此外，咪唑类离子液体中烷基链越长，分散性和电化学性能越好。有机-无机杂化的阴、阳离子部分协同作用提高了甲酸氧化催化剂的电化学性能。因此，有机-无机离子液体是一种很有前途的材料，可以促进燃料电池的应用和发展。
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