碳負(fù)載Pd及Pd合金納米粒子催化劑的合成、表征及其對(duì)甲酸氧化電催化性能的研究.pdf

1、燃料電池具有能量轉(zhuǎn)化效率高和環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn),具有極其廣泛的應(yīng)用。以甲醇作為燃料的直接甲醇燃料電池(DMFCs)依然存在以下一些問題：甲醇通過Nafion膜的滲透率較高；甲醇電催化氧化的中間產(chǎn)物容易使貴金屬催化劑中毒,使其對(duì)甲醇氧化的電催化性能顯著降低；同時(shí)甲醇是一種易燃和有毒的液體。以甲酸替代甲醇作為燃料可以克服上述缺點(diǎn)。甲酸通過Nafion膜的滲透率低,金屬Pd催化劑對(duì)甲酸氧化具有較高的電催化活性,可以使甲酸直接氧化成CO2和水,同時(shí)

2、甲酸是一種無毒和不易燃液體。因此,近年來直接甲酸燃料電池(DFAFCs)的研究引起了廣泛的關(guān)注。眾所周知催化劑的組成、粒徑、形貌等因素對(duì)其催化性能影響很大,所以制備粒徑適宜和分布均勻的Pd及Pd合金納米粒子催化劑對(duì)制備具有對(duì)甲酸氧化高電催化性能的催化劑具有重要意義。 本論文合成了碳負(fù)載的Pd和Pd-Pt合金納米催化劑,用透射電子顯微鏡(TEM)、X-射線衍射(XRD)和電子散射能譜(EDX)等對(duì)催化劑的微觀結(jié)構(gòu)、形貌和組成進(jìn)行了

3、表征,用電化學(xué)方法研究和比較了催化劑對(duì)甲酸氧化的電催化性能。主要取得以下方面的具有創(chuàng)新性的研究成果： 通過金屬置換法制備了中空Pd/C催化劑,作為比較用硼氫化鈉為還原劑制備了實(shí)心的Pd/C催化劑,用XRD,TEM和EDX對(duì)催化劑微觀形貌和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。結(jié)果顯示中空Pd納米球的平均直徑為27.2nm,構(gòu)成納米球的Pd粒徑為4.2 nm,電化學(xué)活性表面積為116 m2·g-1,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于實(shí)心的Pd/C催化劑。電化學(xué)測(cè)試結(jié)果顯示中空P

4、d/C催化劑對(duì)甲酸氧化的電催化活性顯著高于實(shí)心Pd/C催化劑的,同時(shí)中空Pd/C催化劑催化活性的穩(wěn)定性也優(yōu)于實(shí)心Pd/C催化劑的。 通過硼氫化鈉還原的方法,制備了不同Pd和Pt原子比例的碳負(fù)載Pd-Pt合金催化劑,用XRD,TEM和EDX對(duì)催化劑微觀形貌和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征,并考察了催化劑合金的比例對(duì)催化劑電催化活性的影響。表征結(jié)果顯示Pd-Pt合金納米粒子具有細(xì)小的粒徑,并均勻分散在碳載體上。電化學(xué)測(cè)試結(jié)果顯示當(dāng)Pd和Pt原子比例

5、為1:1時(shí),碳載PdPt合金催化劑對(duì)甲酸氧化具有較高的電催化活性和較好的催化性能的穩(wěn)定性。用金屬置換法制備了碳載中空Pd-Pt合金催化劑,并對(duì)其微觀形貌和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征,結(jié)果顯示Pd-Pt合金為具有中空球形的納米結(jié)構(gòu),中空球的直徑隨著Pt含量的增加而減小。電化學(xué)測(cè)試結(jié)果表明中空Pd-Pt/C合金催化劑對(duì)甲酸的氧化的電催化性能顯著高于中空Pt/C催化劑的,其中中空PdlPt2/C合金催化劑比其它比例的Pd-Pt合金催化劑具有更好的催化性能