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关键词：
二氧化钛薄膜,光电催化,器件,构型,空穴捕获剂
发表时间：
2012-07-12 16:58:55
摘要：采用化学镀方法在非对称氧化铝管状载体上制备出高性能 PdAu 合金膜. 采用阶段性热处理方法通过 X 射线衍射技术监测 PdAu 膜层合金化进程, 发现在 823 K 下 H2 气氛中厚度为 2 μm, Au 含量为 17.37% 的 PdAu 双金属膜层需要 200 h 达到完全合金化; N2/H2 气氛对 PdAu 合金化速率无显著影响, 但 N2 气氛中合金化后的 PdAu 合金膜表面粒子烧结更为严重. 在 623~823 K 下,与未进行化学镀 Au 时的纯 Pd 膜相比, PdAu 合金膜的 H2 渗透速率平均增加 1.68 倍, 透氢活化能 (Ea) 降低 38.51%; 当温度低于573 K 时, PdAu 合金膜的 Ea 由高温时的 8.83 kJ/mol 增加到 15.75 kJ/mol, 此时 PdAu 合金膜的 H2 渗透控速步骤由体相扩散为主的H2 传质步骤过渡到由表面扩散为主的传质步骤. 通过扫描电镜和能谱联用仪对 PdAu 合金膜的膜厚度和截面组成进行了表征.
氢是备受关注的二次能源, 具有清洁、高效、应用形式多等优点. 致密 Pd 及 Pd 合金膜对 H2 具有选择渗透性能, 同时对许多涉氢反应具有催化性能; 在燃料电池、加氢脱氢膜反应等过程中, Pd 及 Pd 合金膜具有潜在而广阔的应用前景[1~5]. PdAu 催化剂在氢氧直接合成 H2O2 反应中的成功应用激发了人们对 PdAu 催化膜反应器的研究[2,6,7]; 同时, PdAu 合金膜与纯 Pd 膜相比因具有更高的氢渗透量[4,8]、高抗硫性能[9]、显著降低金属氢化相的相变温度[10]以及更优良的热循环性能[11]等优点而备受关注. 在分层镀工艺中, 化学镀 Pd 技术经过多年研究已趋于成熟, 但采用化学镀 Au 技术用于制备 PdAu 合金膜的报道较少, 且人们通常采用的化学镀 Au 镀液中含有剧毒氰化物, 它的使用存在安全、环境等方面的隐患[12].
Okazaki 等[13]采用化学镀法 (含氰化物) 成功制备了厚度为 5 μm 的 Pd90Au10 合金膜. 该合金膜在973 K 下 H2 气氛中需 24 h 完全合金化, 透氢活化能(Ea) 在 573~873 K 范围内为 11.3 kJ/mol (略低于纯 Pd膜的 13.2 kJ/mol). Gade 等[14]采用化学镀 Au 与电镀Au 法相结合制备出厚度为 5.4~13 μm 的非担载Pd1-xAux (x = 0~0.13) 合金膜, 且比较了在 1 023 K 下退火处理前后 PdAu 合金膜 H2 渗透性能. 他们认为前者的低氢渗透速率是由于 Au 在膜外表面的富集.在常用退火温度 823 K 下考察合金进程更具有实际意义. 此外, 采用单一无氰化学镀 Au 技术制备 PdAu合金膜鲜有报道, 退火处理后 PdAu 合金膜的高低温氢渗透性能更令人关注.
本文采用无氰化学镀 Au 技术与传统化学镀 Pd技术相结合成功制备出厚度为 2 μm 的高性能 PdAu合金膜; 通过 X 射线衍射 (XRD) 表征手段监测了 Au富集一侧 PdAu 合金衍射峰角度移动及峰形的变化情况; 同时比较了不同 H2/N2 气氛对合金化进程的影响. PdAu 薄膜在 823 K 下 H2 气氛中进行充分退火处理后, 对 423~823 K 范围内 H2/N2 渗透性能进行了评价; 并对评价后的 PdAu 合金膜的形貌进行了扫描电镜 (SEM) 和能谱 (EDX) 表征.然而较高的退火温度对 Pd 合金膜有许多负面影响:(1) 极易引起膜组件变形而影响密封效果; (2) 金属膜与载体之间的应力差异较大易导致合金膜在升降温过程中破损[15]; (3) 引起膜表面金属粒子烧结长大从而导致合金膜形成缺陷降低膜的选择性能. 因此,
本文采用无氰化学镀 Au 技术与传统化学镀 Pd技术相结合成功制备出厚度为 2 μm 的高性能 PdAu合金膜; 通过 X 射线衍射 (XRD) 表征手段监测了 Au富集一侧 PdAu 合金衍射峰角度移动及峰形的变化情况; 同时比较了不同 H2/N2 气氛对合金化进程的影响. PdAu 薄膜在 823 K 下 H2 气氛中进行充分退火处理后, 对 423~823 K 范围内 H2/N2 渗透性能进行了评价; 并对评价后的 PdAu 合金膜的形貌进行了扫描电镜 (SEM) 和能谱 (EDX) 表征.然而较高的退火温度对 Pd 合金膜有许多负面影响:(1) 极易引起膜组件变形而影响密封效果; (2) 金属膜与载体之间的应力差异较大易导致合金膜在升降温过程中破损[15]; (3) 引起膜表面金属粒子烧结长大从而导致合金膜形成缺陷降低膜的选择性能. 因此,
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