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

1、燃料電池具有能量轉化效率高和環(huán)境友好等優(yōu)點,具有極其廣泛的應用。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物容易使貴金屬催化劑中毒,使其對甲醇氧化的電催化性能顯著降低；同時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。甲酸通過Nafion膜的滲透率低,金屬Pd催化劑對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

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注。眾所周知催化劑的組成、粒徑、形貌等因素對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制備具有對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)等對催化劑的微觀結構、形貌和組成進行了

3、表征,用電化學方法研究和比較了催化劑對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心的Pd/C催化劑,用XRD,TEM和EDX對催化劑微觀形貌和結構進行了表征。結果顯示中空Pd納米球的平均直徑為27.2nm,構成納米球的Pd粒徑為4.2 nm,電化學活性表面積為116 m2·g-1,遠遠高于實心的Pd/C催化劑。電化學測試結果顯示中空P

4、d/C催化劑對甲酸氧化的電催化活性顯著高于實心Pd/C催化劑的,同時中空Pd/C催化劑催化活性的穩(wěn)定性也優(yōu)于實心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原子比例的碳負載Pd-Pt合金催化劑,用XRD,TEM和EDX對催化劑微觀形貌和結構進行了表征,并考察了催化劑合金的比例對催化劑電催化活性的影響。表征結果顯示Pd-Pt合金納米粒子具有細小的粒徑,并均勻分散在碳載體上。電化學測試結果顯示當Pd和Pt原子比例

5、為1:1時,碳載PdPt合金催化劑對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,并對其微觀形貌和結構進行了表征,結果顯示Pd-Pt合金為具有中空球形的納米結構,中空球的直徑隨著Pt含量的增加而減小。電化學測試結果表明中空Pd-Pt/C合金催化劑對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