直接乙醇燃料電池陽極鈀銅納米催化劑的制備及電化學性能研究.pdf

1、直接乙醇燃料電池（Direct Ethanol Fuel Cell，DEFC）是以乙醇作為燃料的新型低溫燃料電池。DEFC具有燃料來源豐富、清潔無污染、能量轉化率高、攜帶和儲存方便等優(yōu)點，是一類非常有前景的綠色能源。目前，DEFC陽極常使用鉑基金屬材料作為催化劑，但是鉑存在價格昂貴、儲量稀少和易毒化等問題，嚴重限制了DEFC的商業(yè)化發(fā)展。因此，尋找非鉑類催化劑來取代鉑基催化劑成為廣受關注的研究熱點。鈀具有同鉑相似的性質，價格低于鉑，而且

2、在堿性介質中對乙醇的氧化具有比鉑更高的催化活性及穩(wěn)定性。因此，為了降低催化劑的生產(chǎn)成本，同時提高催化活性和穩(wěn)定性，開發(fā)堿性直接乙醇燃料電池（ADEFC）中鈀基催化劑的研究具有重要的現(xiàn)實意義。
　　本論文以降低貴金屬的用量、提高催化劑的性能為目標，分別從形貌調控、碳材料（炭黑和碳納米管）負載等方面對鈀銅催化劑進行研究，探討了鈀銅納米催化劑的制備和作為燃料電池陽極催化劑的電化學性能。取得的主要結果如下：
　　(1)利用溶劑熱還原

3、法，在乙二醇（EG）溶液中，僅通過KOH/EG濃度的調控分別制備了Pd-Cu合金類球狀、納米棒狀和納米線網(wǎng)狀結構，并通過X-射線衍射光譜（XRD）、能量散射光譜（EDS）和透射電子顯微鏡（TEM）等儀器對催化劑的組成、物相結構和表面形貌等進行了表征。分析結果表明，所合成的三種形貌催化劑的分散性都比較良好，沒有出現(xiàn)明顯的團聚現(xiàn)象；通過循環(huán)伏安法（CV）考察了催化劑的電催化活性和穩(wěn)定性。測試結果表明，在堿性介質中與商業(yè)Pd/C相比，所合成的

4、三種形貌催化劑催化乙醇氧化的活性及穩(wěn)定性都有很大的提高，其中Pd-Cu合金類球狀的催化性能最好，其次是納米棒狀和納米線網(wǎng)狀。
　　(2)通過離子液體對炭黑表面進行修飾后，采用NaBH4還原法制備了多孔碳載Pd-Cu復合催化劑（Pd-Cu/C）。XRD、EDS和TEM結果表明，Pd和Cu之間形成了合金，且合金顆粒較小、分散程度較高；電化學性能測試表明，在堿性條件下Pd-Cu/C復合催化劑催化乙醇氧化的活性是商業(yè)Pd/C的3.1倍。此

5、外，僅通過增大還原劑濃度，制備得到三種不同組成的碳載Pd-Cu復合催化劑（PdxCuy/C）。TEM表征結果顯示，PdxCuy/C催化劑具有較小的納米顆粒和良好的分散效果；電化學測試結果表明，在堿性介質中PdxCuy/C催化劑催化乙醇氧化的性能都有較大提高，其中Pd1Cu1/C的催化性能最好。
　　(3)以表面活化的碳納米管作為載體，應用一步溶劑熱法制備了碳納米管負載Pd-Cu合金催化劑（Pd-Cu/CNTs）。利用SEM、TEM