金属有机骨架负载钯材料电催化析氢反应的探究开题报告

1. 研究目的与意义

随着社会的不断发展，人类在满足了日常生活需求的基础之上对生活质量的要求也越来越高，因此能源供给、空气质量以及周边生活环境的好坏都成为人类生活质量高低的重要指标，其中能源作为驱动现代经济文明不断前进的动力而备受人们所关注。

然而，一次性非可再生的传统能源（煤炭，石油，天然气）正面临着日益枯竭的危机，同时传统能源的使用也不可避免的会释放大量的有毒有害气体，其中包括氮氧化物，硫化物，粉尘以及温室气体等。

与绿色生态的愿望相悖，因此人们将重点转移到清洁能源----氢气。

2. 课题关键问题和重难点

1、电化学工作站数据不稳定。

主要集中在磨电极的情况以及移液枪的使用。

电解液的配置需循环使用，因此电解液长时间放置引起失效对实验有影响。

3. 国内外研究现状（文献综述）

1 钯的电催化性能单金属钯催化活性的提高在于优化单金属钯的形貌和尺寸。优化单金属钯的形貌，有利于催化剂表面台阶原子，晶格拐角和晶格缺陷以及不同晶面的暴露，从而提高其对甲酸电氧化的催化性能。优化单金属钯的尺寸，由于尺寸效应的存在，降低钯催化剂的粒径有利于比表面积的增大，活性位点的增多，从而有利于甲酸电氧化催化活性的提高。以上涉及到了一个效应：晶面效应，其是指在低指数晶面中在hclo4溶液中催化活性的顺序[3]为：pd（110）lt;pd（111）lt;pd（100），这和pt的电催化顺序有所不同：pt（100）lt;pt（110）lt;pt（111）。

2 钯基催化剂

2.1 钯催化剂的内在原理

现普遍认为，形成pd基多金属催化剂（合金催化剂^[4]，核壳催化剂）就是对贵金属pd表面的电子结构，几何结构和催化剂组分进行进一步的改性，归根结底是对pd表面吸附的甲酸小分子，电氧化过程中间产物小分子物种的吸附能进行调节，其具体分别是通过影响小分子物种在pd原子表面吸附的成键强度和成键数量来进行的控制。对于pd而言，价电子为d带电子，因此pd的d带电子的多少以及能级的大小会直接影响小分子物种在金属pd表面的吸附数量以及吸附强度。在d电子的填充度相同的情况下，pd金属d带中心的位置会由于第二金属的加入产生相应的“应力效应”（strain effect）而产生一定的变化，其最终变化的结果可以归结到是通过影响pd原子的d带宽度来达到影响d带中心相对费米能级位置的目的。在pd的d带宽度相同的条件下，第二金属产生的“配体效应”（ligand effect）可以通过调节pd原子d带电子的填充度来调节d带中心的位置^[4]。在实际情况中，一般应力效应和配体效应是难以严格区分开来的，他们共同作用在pd基催化剂电催化的过程中。另一方面，合金催化剂表面的几何结构，元素组分和活性面积是在研究甲酸电氧化过程中必须要考虑的因素，催化剂表面的几何结构和元素组分直接影响了中间物种在金属表面的吸附方式，从而影响的是小分子物种在pd催化剂表面的成键强度，而催化剂表面活性面积的大小直接影响了催化剂表面的活性位点数量，从而影响小分子物种与pd的成键数量^[5]。通过加入其他元素制备pd基合金核壳结构催化剂的方式不仅有利于提高甲酸电氧化的催化活性，而且还可以通过降低贵金属pd的使用量来提高贵金属pd的利用率，是制备催化剂的一个行之有效的手段。

4. 研究方案

一、合成方案pd@zif-67材料的合成将10 ml的na2pdcl4水溶液加入到20 ml含有150 mg zif-67的水分散液中。

将混合物搅拌1小时，并用超纯水洗涤3次，去除未吸附在zif上的pdcl42-离子。

然后，将得到的粉末重新分散到20 ml的水中，其中快速加入1.5 mg ml-1硼氢化钠水溶液。

5. 工作计划

在1月至2月期间，进行了相关文献的查阅学习基础知识，查阅资料的方面为以下四个方面：高效电化学方法析氢反应pd（非铂贵金属），高效电化学方法使析氢反应增强的机理，pt、pd催化剂对于电化学析氢反应的影响。

查阅资料并总结可为论文借鉴之处。

重点记录有关lsv曲线处理和ecsa数据处理的方法，学习使用origin软件的使用方法。