Pd、Pt基燃料電池催化劑的制備及性能研究.pdf

1、近年來(lái)，以液態(tài)醇類為燃料的直接醇類燃料電池由于其高效、清潔等優(yōu)點(diǎn)受到了人們廣泛關(guān)注。然而，將醇類直接電化學(xué)氧化比較困難，因此需要高催化活性及穩(wěn)定性的催化劑。其中，貴金屬催化劑，如Pd和Pt，其優(yōu)異的催化性能已被人們所熟知。但是，貴金屬的儲(chǔ)量有限，價(jià)格相對(duì)昂貴，大大阻礙了直接醇類燃料電池的發(fā)展與應(yīng)用。因此，目前有關(guān)燃料電池方面的研究大都集中在如何提高催化劑的活性及降低催化劑的成本等方面。
　　本論文從降低催化劑成本、提高催化活性及穩(wěn)

2、定性等問題入手，制備了以石墨烯為載體的Pd基金屬催化劑以及無(wú)載體的一維Pd、Pt納米催化劑，并對(duì)其形貌、結(jié)構(gòu)及組成進(jìn)行了研究，同時(shí)詳細(xì)考察了其電化學(xué)性能。研究?jī)?nèi)容主要包括以下幾個(gè)方面:
　　(1)以硼氫化鈉為還原劑共還原氧化石墨、氯化鈀及氯金酸成功制備了石墨烯的負(fù)載PdAu雙金屬納米顆粒(PdAu/CRG)。采用X射線衍射、掃描電子顯微鏡及透射電子顯微鏡等對(duì)其結(jié)構(gòu)、形貌及組成進(jìn)行了分析，結(jié)果表明所制備的PdAu納米顆粒的平均直徑約

3、為6nm，且均勻分布在石墨烯的片層中。采用循環(huán)伏安法及計(jì)時(shí)電流法對(duì)PdAu/CRG的電化學(xué)催化乙醇性能進(jìn)行了研究，結(jié)果表明PdAu/CRG在堿性條件下有著比碳納米管和碳粉負(fù)載的PdAu納米顆粒更優(yōu)異的乙醇催化活性及穩(wěn)定性，是一種較為理想的堿性乙醇燃料電池催化劑。
　　(2)采用水熱法制備了直徑約為10nm、長(zhǎng)度為微米級(jí)的Te納米線，并以Te納米線為模板和還原劑，制備了Pd納米線和Pd納米管。采用掃描電子顯微鏡及透射電子顯微鏡等對(duì)P

4、d納米線及Pd納米管結(jié)構(gòu)、形貌及組成進(jìn)行了分析，結(jié)果表明所制備的Pd納米材料與Te納米線有著類似的形貌。電化學(xué)結(jié)果表明，Pd納米線和納米管對(duì)乙醇的催化催化穩(wěn)定性明顯優(yōu)于碳負(fù)載的Pd納米顆粒。
　　(3)以Te納米線為模板及還原劑合成了PdPt雙金屬納米管，其掃描電子顯微鏡及透射電子顯微鏡結(jié)果顯示所制備的PdPt納米管的直徑在10nm-20nm左右，長(zhǎng)度可以達(dá)到微米級(jí)。采用X射線衍射、能譜、及掃描透射電子顯微鏡對(duì)其組成進(jìn)行了分析，結(jié)

5、果顯示Pd和Pt原子較均勻地分布在PdPt納米管中。同時(shí)對(duì)納米管的形成機(jī)理進(jìn)行了假設(shè)。電化學(xué)結(jié)果表明所制備的PdPt納米管在堿性條件下有著較好的催化活性，且其催化穩(wěn)定性比碳負(fù)載的PdPt納米顆粒更好。
　　(4)采用欠電位法在直徑為10-20nm、長(zhǎng)度為微米級(jí)的Pd納米線表面沉積了單原子層的Cu，并通過化學(xué)置換法得到了單原子層的Pt，得到了單原子層Pt修飾的Pd納米線，并采用掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡、X光電子能譜及能譜儀對(duì)其

6、結(jié)構(gòu)、形貌、組成進(jìn)行了研究。通過循環(huán)伏安法及計(jì)時(shí)電流法考察了單原子層Pt對(duì)Pd納米線在堿性條件下對(duì)乙醇氧化性能的影響，結(jié)果表明單原子層的Pt不僅能提高其催化活性，更能提高其催化穩(wěn)定性。而常規(guī)電化學(xué)沉積Cu并通過置換法得到的Pt雖然能提高催化活性，但其催化穩(wěn)定性卻有所降低。
　　(5)采用化學(xué)法在Pd納米管表面沉積了多孔的Pt，掃描電鏡及透射電鏡圖表明沉積Pt后納米管的直徑變大而且表面變得較為粗糙，其表面是由許多直徑約2-3nm的P

7、t納米顆粒組成，顆粒之間形成了許多縫隙，從而構(gòu)成了多孔的Pt。電化學(xué)結(jié)果表明沉積Pt之后，納米管的乙醇催化活性有較大提高，甚至比碳載體負(fù)載的Pd納米顆粒更好，但其催化穩(wěn)定性卻有所降低。
　　(6)以Te納米線為模板及還原劑，同時(shí)采用抗壞血酸及聚乙烯吡咯烷酮控制Pt的形貌，得到具有多孔狀的Pt納米線。其掃描電鏡及透射電鏡結(jié)果表明，所制備的Pt納米線的直徑在20-30nm左右，其由很多平均尺寸在3nm左右Pt納米顆粒組成，類似于許多“