直接硼氫化鈉燃料電池陽極催化劑的研究.pdf

1、直接硼氫化物燃料電池(DBFC)因具有較高的理論電壓和理論比能量而受到廣泛重視，是一種很有發(fā)展前景的直接液體燃料電池。但是，硼氫化鈉在陽極上發(fā)生電化學(xué)氧化反應(yīng)的同時(shí)，也在進(jìn)行著水解析氫反應(yīng)，從而降低了燃料的利用率。因此，如何在不降低DBFC性能的情況下，減少放氫量，成為人們所關(guān)心的科學(xué)問題之一。本論文用電化學(xué)方法及XRD、TEM等技術(shù)對硼氫化鈉在陽極催化劑上的電化學(xué)氧化反應(yīng)過程進(jìn)行了深入系統(tǒng)的研究。主要結(jié)果如下：
　　 1.研究

2、了用液相還原法制得的多壁碳納米管載Pd(Pd/MWCNT)催化劑對硼氫化鈉電化學(xué)氧化的催化性能，并與其它兩種碳載Pd催化劑進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)：Pd/MWCNT催化劑中Pd顆粒不僅在碳納米管上的分散更均勻，而且Pd粒徑更小，因此Pd/MWCNT電極的極化小于其它兩種Pd/C電極。放氫行為研究結(jié)果表明，活性炭載Pd催化劑上的放氫行為受溶液中NaOH和NaBH4濃度影響較大，而硼氫化鈉在Pd/MWCNT和炭黑載Pd上的電氧化反應(yīng)受溶液濃度影響很

3、小，反應(yīng)的放電電子數(shù)接近4。
　　 2.比較了具有不同[OH-]/[BH4-]濃度比的溶液中，硼氫化鈉在Au/C和Ag/C陽極催化劑上的電氧化性能，發(fā)現(xiàn)燃料的電氧化效率取決于溶液中的[OH-]/[BH4-]濃度比。當(dāng)[OH-]/[BH4-]=1時(shí)，硼氫化鈉在Au/C和Ag/C上反應(yīng)釋放電子數(shù)為3；當(dāng)[OH-]/[BH4-]增加到2時(shí)，反應(yīng)釋放的電子數(shù)大于4；當(dāng)[OH-]/[BH4-]=5時(shí)，進(jìn)行接近8e的反應(yīng)。循環(huán)伏安實(shí)驗(yàn)表明，

4、在[OH-]/[BH4-]=1條件下進(jìn)行3e反應(yīng)與中間產(chǎn)物BH3OH-有關(guān)。雖然Au/C和Ag/C對BH4-的水解反應(yīng)沒有活性，但是硼氫化鈉在Au/C和Ag/C上發(fā)生小于8e的反應(yīng)，說明在硼氫化鈉的電氧化反應(yīng)過程中，OH-和H2O之間存在著競爭關(guān)系。當(dāng)OH-的濃度無法滿足BH4-發(fā)生8e反應(yīng)需求時(shí)，部分BH4-將與H2O發(fā)生水解反應(yīng)，產(chǎn)生氫氣。
　　 3.對硼氫化鈉在Ni、Pd/C和Pt/C陽極上的放氫行為研究發(fā)現(xiàn)，Ni電極上的

5、放氫行為不受溶液濃度影響，進(jìn)行4e反應(yīng)，而Pd和Pt雖然對硼氫化鈉的水解反應(yīng)有催化活性，但硼氫化鈉在Pd/C和Pt/C(以活性炭為載體)陽極上反應(yīng)的放氫量隨著[OH-]/[BH4-]濃度比增大而減少。為此在Ni中分別添加了Pd/C和Pt/C，制備出Ni—Pd/C和Ni-Pt/C復(fù)合陽極。對復(fù)合陽極的測試結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在Ni中添加Pt/C和Pd/C能夠有效地抑制放氫，得到大于4e的電化學(xué)氧化反應(yīng)，[OH-]/[BH4-]濃度比越大，抑制放氫的