含碳復(fù)合載體負(fù)載Pd基催化劑的制備及其對(duì)甲酸電氧化性能研究.pdf

1、直接甲酸燃料電池（DFAFC）因其具有能量轉(zhuǎn)化效率高、操作溫度低和對(duì)環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)，可用作移動(dòng)和便攜式電子設(shè)備的能源裝置，具有廣闊的應(yīng)用前景。目前普遍使用的甲酸電氧化催化劑是以碳材料為載體的Pd基催化劑。碳載體的結(jié)構(gòu)、表面物理化學(xué)性質(zhì)與負(fù)載在其表面上的金屬粒子的粒徑和分散程度有密切關(guān)系，載體的修飾可提高Pd基催化劑的電催化性能。研究表明，在Pd催化劑中加入另一種金屬M(fèi)形成Pd-M合金可以提高催化劑的性能。
　　本文制備了兩種含碳

2、復(fù)合載體，利用改進(jìn)的液相還原法合成了兩種Pd基催化劑。利用一系列物理、化學(xué)手段對(duì)載體和催化劑的組成、結(jié)構(gòu)、形貌、表面性質(zhì)等進(jìn)行表征，并用電化學(xué)方法對(duì)催化劑的性能進(jìn)行測(cè)試。具體研究內(nèi)容和結(jié)果如下：
　?。?）應(yīng)用天然粘土，如蒙脫土(MMT)用作直接甲酸燃料電池陽極催化劑的載體材料。將苯胺在蒙脫土表面聚合得到蒙脫土-聚苯胺（MMT-PANI）復(fù)合物并進(jìn)行碳化處理，得到含氮的復(fù)合載體MMT-CNx。采用改進(jìn)的液相還原法制備Pd/MMT-

3、CNx和Pd/C催化劑。利用EDS、XRD、FT-IR、TGA、XPS、SEM、TEM和EIS等手段對(duì)催化劑和載體的組成、結(jié)構(gòu)、表面形貌和導(dǎo)電性能等進(jìn)行表征。結(jié)果表明， Pd/MMT-CNx催化劑上的Pd納米粒子均勻分布在MMT-CNx表面，平均粒徑在3.5—5.5 nm；CO溶出伏安測(cè)試結(jié)果表明Pd/MMT-CNx催化劑的電化學(xué)比表面積（ECSA）大于 Pd/C催化劑；Pd/MMT-CNx催化劑氧化峰電流密度是傳統(tǒng)的Pd/C催化劑的2

4、.34倍；相對(duì)于Pd/C催化劑，Pd/MMT-CNx催化劑的穩(wěn)定性有明顯提高，3000 s時(shí)Pd/C催化劑和Pd/MMT-CNx催化劑對(duì)甲酸氧化電流密度分別為其10 s時(shí)的2.5％和30.6%。Pd/MMT-CNx催化劑良好的催化活性和穩(wěn)定性主要原因是其較大的電化學(xué)比表面積和載體的氮摻雜提高了載體的導(dǎo)電性和表面化學(xué)性質(zhì)，從而有利于Pd納米顆粒的負(fù)載。
　?。?）研究了不同濃度的磷鎢酸溶液浸泡活性炭載體對(duì)催化劑性能的影響，考察了不同

5、原子比的Pd-Co催化劑對(duì)甲酸電氧化性能的差異。結(jié)果表明，浸泡活性炭的磷鎢酸溶液的最佳濃度為3×10-4mol L-1，在所研究的Pd-Co催化劑中，我們發(fā)現(xiàn)Pd2Co1催化劑對(duì)甲酸電催化氧化的活性最高。
　?。?）用浸漬法制備了磷鎢酸修飾的碳（PWA-C）復(fù)合載體。采用改進(jìn)的液相還原法在PWA-C復(fù)合載體表面沉積PdCo合金納米粒子，制備得到PdCo/PWA-C催化劑。TEM和XRD分析表明PdCo合金納米粒子均勻分布在載體表面

6、，平均粒徑分布為3.0—5.0 nm。電化學(xué)測(cè)試表明，PdCo/PWA-C催化劑對(duì)甲酸的電氧化電流密度為傳統(tǒng)的Pd/C催化劑的2.16倍，其CO溶出氧化峰的峰電位比Pd/C催化劑負(fù)移52 mV，3600 s時(shí)Pd/C催化劑和PdCo/PWA-C催化劑對(duì)甲酸氧化電流密度分別為其10 s時(shí)的2.5%和13.2%。PdCo/PWA-C催化劑能有效抑制甲酸的分解，催化甲酸分解產(chǎn)生的氣體量僅為Pd/C催化劑的36%。Tafel極化實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，P