在搅拌均匀后按照当天气温调节pH计,测量电极使用双电极(参比电极与玻璃电极)。在样品中逐滴加入0.8 mol/LKOH的EG溶液调节pH值,使其pH值为9后,在微波化学反应器中设置功率400W微波1 min,随后搅拌冷却1小时。将所获得溶液在抽滤机中过滤,在反复使用去离子水清洗后,用硝酸银检测滤液中是否存在Cl-,至过滤出的去离子水中无沉淀产生,即过滤出的去离子水中无Cl-后,证明样品已过滤完全。之后将得到的样品在真空干燥箱中120℃真空烘干。
将烘干后的样品进行研磨,XRD测试与SEM扫描分析。
2.3. 表征
2.3.1. X射线衍射测试(XRD)
取适量样品,均匀分散在带有凹槽的干净载玻片上,且表面应与载玻片表面处于同一水平面并且表面需光滑。通过丹东通达科技有限公司TD-3500型X射线衍射仪对产物的晶型及组成进行表征。主要操作为控制(联机、联机检测)、数据采集(设置参数:角度:10°~90°;管电压40V;管电流30A),Cu靶,Kα射线,λ=1.5405981Å,扫描为5°/min。通过测得的图线谱可观察晶体结构,织构及应力,精确地进行物相分析。
2.3.2. 元素分析(EDS)
催化剂体相的元素分析在S-3400N型扫描电子显微镜上进行,由于表征的样品均为碳基材料,不需喷金处理。工作电压为20 KV,对给定样品500倍率下进行面扫描。在扫描电镜中,不仅可以利用入射电子和试样相互作用产生各种信息来成像,而且可以通过信号处理方法,获得多种图像的特殊显示方法,还可以从试样的表面形貌获得多方面资料。本实验通过EDS来得到元素含量,以此来判断实验结果的准确性。
2.3.3. 比表面积与孔径分布表征
美国麦克仪器公司ASAP 2020M型比表面积与孔径分布测试仪对样品的BET比表面积与孔结构进行分析。孔径测量范围为3.5埃米至5000埃米,微孔区段分辨率为0.2埃米。样品在160℃下真空脱气4小时后进行N2吸脱附测试。
2.3.4. 电化学测试
(1) 三电极测试体系
实验采用常规的三电极体系的电解池来测量样品的电化学性能。以3mm直径的玻碳电极为工作电极,Pt丝为对电极,汞/ 氧化汞(MMO)为参比电极(标准电极电位0.926 V)。电解液采用碱性体系,如1M KOH,1M KOH+不同浓度的乙醇(EtOH)溶液、不同浓度的KOH+1M EtOH等。测试前,先用氩气吹扫30 min以除尽电解液中的氧气。
(2) 电极制备
取5mg催化剂样品加入1ml去离子水,超声分散30 min。取用10μl ,滴在直径3mm的玻碳电极表面;放入60℃真空干燥30min;再滴加10μl 1%Nafion 溶液,60℃真空干燥30min,制得待测催化剂样品的工作电极。
(3) 循环伏安测试
在室温下,采用 CHI-604D型电化学工作站进行循环伏安曲线测定。设置扫描范围是-0.926V~0.274 V(vs.MMO,下同),先预扫20圈直至电流稳定再进行记录,扫速为100mV/s;然后测定不同扫速(5 mV/s、10 mV/s、20 mV/s、30 mV/s、40 mV/s、50 mV/s、60 mV/s、70 mV/s、80 mV/s、90 mV/s、100 mV/s )下循环伏安曲线。
(4) 线性扫描伏安测试
在室温下,采用CHI-604D型电化学工作站进行线性扫描伏安曲线测定。设置扫描范围是-0.926V~0.274V,扫速为3mV/s。
(5) Tafel曲线测定
在室温下,采用CHI-604D型电化学工作站进行Tafel曲线测定。初始电位为-0.926V,终止电位为0.274 V,扫描段数为1,扫速为3mV/s。
3. 实验结果与分析
3.1. MH1、MH3、MH7、MH8的吸脱附等温曲线图
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