JPhysD编辑优选：表面DBD湿法制备高性能Pd/O-NCNTs-P甲酸脱氢催化剂
文章介绍
Xiaonan Du（杜潇楠）, Yinbo Shao（邵寅博）, Jingsen Zhang（张井森）, Hong Li（李宏）, Fei Gao（高飞）, Yifei Yang（杨伊飞）, Yue Hua（滑跃）, Xiuling Zhang（张秀玲） and Lanbo Di（底兰波）
通讯作者：
- 底兰波，大连大学
研究背景：
甲酸具有高的体积储氢密度（53 g H2/L）和质量储氢密度（4.4 wt%），可在常温常压下催化释放氢气，是理想的储氢材料。设计高选择性、活性和稳定性的催化剂至关重要。目前具有优异性能的钯基催化剂，通常采用化学还原法制备，需使用过量有毒有害的化学试剂，还会对载体表面有益的含氧官能团(OCGs)造成破坏，不利于钯活性组分的分散。
冷等离子体是一种制备高性能金属催化剂的绿色新技术，但是等离子体属于表面处理手段，无法对粉末状催化剂进行放大处理。本研究旨在开发一种绿色快速的表面介质阻挡放电湿法等离子体，辅助溶液中制备富含OCGs和氮/氨基改性碳纳米管载钯催化剂（Pd/O-NCNTs-P）新技术，为其工业化放大提供新途径。
研究内容：
图1. Pd/O-NCNTs-P和Pd/O-NCNTs-C的制备方案示意图
图1展示表面DBD制备Pd/O-NCNTs-P的流程：采用氧等离子体处理碳纳米管（CNTs），然后采用APTES对其进行氨基修饰，最后采用表面DBD处理获得Pd/O-NCNTs-P。
在333K下，Pd/O-NCNTs-P的初始TOF高达10888 h-1，分别是Pd/NCNTs-P（8415 h-1）和商用Pd/C（6700 h-1）的1.29和1.63倍。经六次循环测试，其产气量基本不变。而Pd/O-NCNTs-C在第六次循环后，产气量降至首次的54%。
图2. (a) Pd/NCNTs催化剂催化分解甲酸产气量与反应时间曲线图，(b) 不同反应温度下Pd/O-NCNTs-P的初始TOF值，(c) 循环催化反应曲线图，(d) Pd/NCNTs与最新报道催化剂TOF的比较
图3. 催化剂的 (a) FTIR光谱，(b) 氮气吸附-脱附等温线图， (c) 孔径分布图，(d) Raman光谱， (e) TPR曲线图， (f) XRD图
图3表明氧等离子体处理可增加CNTs表面OCGs，促进氨基成功修饰及小尺寸Pd纳米粒子形成，增强金属-载体相互作用，经六次循环后Pd纳米粒子仍保持小粒径高分散。
图4. Pd/O-NCNTs催化剂的(a、d) O 1s、 ( b、e ) N 1s 和( c、f ) Pd 3d XPS能谱图
图4表明，等离子体法可有效保留载体表面OCGs。氨基修饰成功引入吡啶N，为Pd提供锚定位点。循环六次后，Pd/O-NCNTs-P中Pd/C比基本不变、无Pd浸出。
图5. Pd/O-NCNTs催化剂的TEM图像，以及Pd NPs分布直方图和EDS图像
图5表明等离子体制备样品中Pd纳米粒子粒径小、高分散，且经六次循环后基本不变。
作者介绍
底兰波 教授
大连大学
- 底兰波，教授，博导，“兴辽英才计划”青年拔尖人才，大连市杰青，Plasma Science and Technology青年编委。主要从事等离子体技术及其在新型功能材料和氢能领域中的研究，主持国家自然科学基金项目4项，发表高水平SCI论文80余篇，转让发明专利4项（180万元）。主持开发“特种功能材料等离子体处理工艺”，成功应用于多型号卫星。
期刊介绍
- 2024年影响因子：3.2 Citescore：6.4
- Journal of Physics D: Applied Physics（JPhysD，《物理学报D：应用物理》）发表应用物理各领域的前沿研究和综述，具体包括：应用磁学和磁性材料、半导体和光子学、低温等离子体和等离子表面相互作用、凝聚态物理、表面科学和纳米结构、生物物理以及能源等六个领域。文章类型包括原创性论文、研究路线图、通讯以及每年针对热点研究的专题综述和特刊。