离子液体为溶剂热解制备金属颗粒机理及其电化学行为研究

首次以离子液体（EMIBF4）为溶剂，溶解金属卤化物，然后利用简单的热解过程，制备出金属颗粒（以铂和钯为主），然后利用电化学方法研究金属颗粒对乙醇（或甲醇）氧化的催化性。内容主要包括：不同金属离子在不同离子液体中的热解过程机理研究；水含量对热解过程的影响规律；采用此方法在碳纳米管上固定金属颗粒等，期间将利用XRD、SEM、UV、XPS等技术手段说明金属离子与不同离子液体间的相互作用机理，进而解释热解过程。然后将得到的金属颗粒固定在电极上，利用CV、EIS等电化学手段，研究金属粒子对甲醇氧化和乙醇氧化的催化行为。将离子液体引入热解过程并研究离子液体与金属离子间的相互作用是本工作的创新点。

开发离子液体新的应用领域是目前的研究热点问题之一。同时，研发新的燃料电池催化剂是目前电化学基础研究领域的主要课题之一。文献调研显示，以离子液体为溶剂，采用热解的方法制备燃料电池金属颗粒催化剂是一个全新的课题。本课题依据任务书中的要求， 分别以五种水溶性离子液体为溶剂，在碳纳米管的存在下，在一定温度和时间下，以氯铂酸、氯化钯、氧化钯、氯化镍等金属盐为前驱体，采用热解的方法，制备出Pt-Pd,Pd-Ni,Pd-Co,Pd-Cu等一系列的二元和三元金属颗粒，并系统研究了所制备催化剂颗粒对乙醇、甲醇、甲酸等有机小分子电氧化的催化性能。期间，利用XRD,EDS,SEM,XPS,TEM等技术对所制备颗粒的晶型、形貌、粒径等性质进行了系统的研究，发现所加入金属盐的物质的量比、热解时间、热解温度、添加顺序等参数都显著影响催化剂颗粒的物理性能。本课题还利用CV,EIS,CA,CP,LSV等电化学技术，探讨了所制备颗粒对燃料电池中有机小分子电氧化过程的催化行为，主要结果显示，催化剂颗粒的晶型和形貌都明显影响催化剂本身的电催化能力。期间还利用红外、紫外等方法对热解的机理进行了讨论，认为金属颗粒形成过程中碳纳米管起到了还原剂的作用，而离子液体影响成核过程中颗粒表面的电荷分布情况，进而可影响到颗粒的形成机制。主要代表性工作: 1. 合成方面:（1）以离子液体EMIBF4为溶剂热解制备金属Pd-Ni二元金属颗粒;（2）以离子液体[BMIM]PF6为溶剂热解制备PdxCoy颗粒;（3）在离子液体中用热解的方法成功合成了Pd3M1/MWCNTs 三种催化剂。2. 电催化性能研究方面:（1） 催化剂颗粒对乙醇的电氧化过程催化行为研究;（2） 催化剂颗粒对甲酸氧化的电催化性能研究;(3) 催化剂对氧气还原反应的电催化行为研究。3. 离子液体热解规律的研究:(1) 在离子液体中EMIBF4热解制备金颗粒的研究; (2)在1-Octyl-3-methylimidazolium Bromide中热解制备钯颗粒的研究。在四年间，在本基金的资助下，本课题组圆满完成了任务书中的各项科研任务，并发表相关SCI 收录论文20余篇，另本基金协助完成8名研究生的科研工作、25名本科生的毕业论文工作、20余名本科生的科创工作。综上所述，本课题组圆满完成了本基金的各项任务。