銀和鈀銀納米材料的可控制備及電催化性能研究.pdf

1、直接醇類燃料電池(DAFC)是以甲醇和乙醇等有機小分子作為燃料的低溫燃料電池。DAFC是一種綠色能源技術,其具有清潔無污染、能量轉化率高、燃料來源廣儲運方便等優(yōu)點。甲醇、乙醇等小分子的氧化反應在酸性介質中進行時,其在陽極上的氧化活性較低,嚴重阻礙著 DAFC應用和發(fā)展。此外,這些小分子在酸性介質中的氧化通常使用Pt基金屬材料做催化劑,但是其價格昂貴,易被毒化,限制了Pt基催化劑的應用推廣。因此,提高金屬催化活性和尋找替代材料的研究成為廣

2、受關注。當醇氧化反應在堿性介質中進行時,一方面可以降低醇的氧化電位,使醇分子在較低的電位下就可以發(fā)生氧化反應,氧化更容易進行;另一方面,某些非Pt的過渡金屬在堿性介質中具有優(yōu)良的催化活性。所以為了降低成本,提高性能,研究堿性直接醇類燃料電池(ADAFC)中電催化劑具有重要的現(xiàn)實意義。
　　本論文著重于銀和鈀銀納米材料在堿性直接醇類燃料電池中的應用基礎研究,探討了銀和鈀銀納米材料的可控制備及電催化性能。
　　主要內容如下:

3、r>　　(1)應用多元醇法通過調控 NaCl(間接晶種)的量快捷方便地制備出銀納米線(SNWs)和銀納米粒子(SNPs),采用SEM、EDS、XRD和UV-Vis表征了納米材料的形貌、元素組成、晶相結構和尺寸分布范圍。結果表明,兩種銀納米材料形貌均一,均為面心立方晶體結構。通過線性伏安掃描法(LSV)測定發(fā)現(xiàn), SNWs和SNPs在堿性條件下對氧還原反應(ORR)具有不同的電催化活性,SNWs對比SNPs,其起始還原電位正移70 mV,

4、峰電位正移50 mV,還原峰電流前者是后者的1.8倍。SNWs表現(xiàn)出更好的催化性能?？勾夹阅苎芯勘砻?SNWs對甲醇具有較好的抗醇性能,而SNPs對乙醇具有較好的抗醇性能,兩種納米材料均對異丙醇的抗醇性能差。
　　(2)采用一鍋法,分別用形貌可控的Ag納米粒子和Ag納米線與PdCl2溶液發(fā)生置換反應,制備出具有獨特形貌特征的PdAg納米材料。利用SEM、TEM、XRD和EDS表征了材料的形貌、結構和組成,并采用循環(huán)伏安法(CV)和

5、計時電流法(CA)研究了 PdAg納米材料在堿性條件下催化氧化常見醇類的活性和穩(wěn)定性。研究表明:PdAg納米材料分別為草莓結構的納米合金顆粒和串珠結構PdAg納米線;Pd和Ag間形成合金后二者間存在協(xié)同作用,能夠提高Pd催化性能;PdAg納米材料作為催化劑與商用 Pd/C相比較,在催化甲醇、乙醇、乙二醇和異丙醇氧化時性能均有提高,并對乙醇催化時優(yōu)勢最明顯,其具有較高的催化活性和穩(wěn)定性,具有良好的應用前景。
　　(3)應用水熱法制備

6、出還原氧化石墨烯負載的不同組成的鈀銀合金納米材料(PdAg/RGO)。利用TEM、EDS、Raman和XRD分別對催化劑的形貌、組成和結構進行了表征,并采用CV、CA、LSV和電化學交流阻抗(EIS)對催化劑的電催化性能進行了表征。結果表明:PdAg納米合金材料已成功地負載于石墨烯載體表面,分散均勻,形貌較均一;在一系列不同組成的催化劑中,PdAg/RGO(nPd:nAg=3:3)表現(xiàn)出了最優(yōu)的乙醇氧化和氧氣還原的性能;硅酸鹽和碳酸鹽作