碳基材料負(fù)載鈀基復(fù)合催化劑的制備及對(duì)甲酸電催化特性的研究.pdf

1、直接甲酸燃料電池（DFAFC）是一種能源轉(zhuǎn)換裝置可直接將液體燃料甲酸的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，因此受到了廣泛的關(guān)注。甲酸可作為食品和醫(yī)藥添加劑，是一種無(wú)污染的環(huán)境友好物質(zhì)，并且具有滲透率低、不易燃、運(yùn)輸安全、存儲(chǔ)方便等優(yōu)點(diǎn)。近年來(lái)，人們對(duì)直接甲酸燃料電池的研究工作給予了高度重視。具有高性能、低成本的DFAFC陽(yáng)極催化劑的研究與制備對(duì)促進(jìn)燃料電池的發(fā)展具有深遠(yuǎn)的意義，但目前仍存在著較大的挑戰(zhàn)。目前普遍應(yīng)用于DFAFC陽(yáng)極的催化劑是鈀（Pd）基催

2、化劑。研究發(fā)現(xiàn)金屬Pd和鉑（Pt）具有相似的晶體結(jié)構(gòu)和電子特性，Pd的成本較低且具有比Pt催化劑更好的催化活性和抗毒化能力，因此Pd基催化劑成為DFAFC首選的陽(yáng)極催化劑。近年來(lái)，在提高DFAFC鈀基催化劑的電催化性能方面做了許多努力。金屬催化劑的催化性能主要和催化劑的結(jié)構(gòu)特征、合金組成和載體結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)。將金屬納米粒子催化劑負(fù)載到催化劑載體上，不僅能提高催化劑的催化效率，而且載體的高比表面積和多孔結(jié)構(gòu)還能增大金屬納米粒子的分散度，從

3、而抑制納米粒子的團(tuán)聚。所以我們的工作主要包括改進(jìn)催化劑載體和制備含氧化物的二元鈀基合金催化劑。本論文采用了透射電子顯微鏡(TEM)、掃描電子顯微鏡(SEM)、X射線衍射光譜(XRD)、 X射線光電子能譜(XPS)、拉曼光譜、電感耦合等離子發(fā)射光譜(ICP-AES)等研究手段對(duì)催化劑的結(jié)構(gòu)和組成進(jìn)行了表征。并采用電化學(xué)研究技術(shù)如循環(huán)伏安技術(shù)(CV)，線性掃描技術(shù)(LSV)，計(jì)時(shí)電流技術(shù)(CA)，交流阻抗技術(shù)（EIS）等對(duì)各催化劑的電化學(xué)性

4、能進(jìn)行了研究。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴制備了不同質(zhì)量比的石墨烯-Vulcan XC-72R炭黑（Gr-C）二元載體負(fù)載Pd（Pd/Gr-C）納米復(fù)合催化劑。比較了不同質(zhì)量比Gr-C二元載體對(duì)甲酸電催化性能的影響。電化學(xué)測(cè)試表明，質(zhì)量比為3:7的Pd/Gr0.3C0.7催化劑催化活性最好。甲酸在Pd/Gr0.3C0.7催化劑電極直接氧化時(shí)的峰電位比 Pd/C催化劑的峰電位負(fù)移大約120 mV。Pd/Gr0.3C0.7催化劑（10

5、2.14 mA.mg-1Pd）的峰電流密度大約是Pd/C催化劑（34.40 mA.mg-1Pd）的3倍。⑵以葡萄糖為原料采用水熱法制備了粒徑較為均一的碳納米球，通過(guò)硼氫化鈉共還原法合成了鈀/碳納米球(Pd/C-NS)復(fù)合材料，并通過(guò)X射線衍射、透射電鏡及循環(huán)伏安等技術(shù)對(duì)Pd/C-NS催化劑的粒徑、形貌和電化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了表征。我們所制備的Pd/C-NS催化劑對(duì)甲酸電氧化具有較好的催化活性，其活性接近于傳統(tǒng)的Pd/C催化劑，表明Pd/C-N

6、S復(fù)合材料有望作為甲酸燃料電池陽(yáng)極材料。⑶通過(guò)硼氫化鈉還原法制備了含氧化物的具有不同原子比的炭載Pd-Pb合金(PdxPb1-x/C)納米粒子催化劑。采用X射線衍射光譜法(XRD)和透射電子顯微鏡技術(shù)(TEM)對(duì)樣品晶體的結(jié)構(gòu)以及顆粒的形貌進(jìn)行了表征。XRD和 TEM測(cè)試結(jié)果表明這些樣品均為Pd的面心立方結(jié)構(gòu)，且顆粒大小均一、分散均勻，其平均粒徑為4 nm左右。電化學(xué)測(cè)試結(jié)果表明,鈀鉛原子比為9:1的Pd0.9Pb0.1/C催化劑對(duì)甲酸