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(jī)小分子作為燃料的低溫燃料電池。DAFC是一種綠色能源技術(shù),其具有清潔無污染、能量轉(zhuǎn)化率高、燃料來源廣儲(chǔ)運(yùn)方便等優(yōu)點(diǎn)。甲醇、乙醇等小分子的氧化反應(yīng)在酸性介質(zhì)中進(jìn)行時(shí),其在陽極上的氧化活性較低,嚴(yán)重阻礙著 DAFC應(yīng)用和發(fā)展。此外,這些小分子在酸性介質(zhì)中的氧化通常使用Pt基金屬材料做催化劑,但是其價(jià)格昂貴,易被毒化,限制了Pt基催化劑的應(yīng)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(guān)注。當(dāng)醇氧化反應(yīng)在堿性介質(zhì)中進(jìn)行時(shí),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(yīng),氧化更容易進(jìn)行;另一方面,某些非Pt的過渡金屬在堿性介質(zhì)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(shí)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(yīng)用基礎(chǔ)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(nèi)容如下:

3、r>　　(1)應(yīng)用多元醇法通過調(diào)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(jié)構(gòu)和尺寸分布范圍。結(jié)果表明,兩種銀納米材料形貌均一,均為面心立方晶體結(jié)構(gòu)。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(duì)氧還原反應(yīng)(ORR)具有不同的電催化活性,SNWs對(duì)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。抗醇性能研究表明,SNWs對(duì)甲醇具有較好的抗醇性能,而SNPs對(duì)乙醇具有較好的抗醇性能,兩種納米材料均對(duì)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(yīng),制備出具有獨(dú)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(jié)構(gòu)和組成,并采用循環(huán)伏安法(CV)和

5、計(jì)時(shí)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(jié)構(gòu)的納米合金顆粒和串珠結(jié)構(gòu)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(shí)性能均有提高,并對(duì)乙醇催化時(shí)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(yīng)用前景。
　　(3)應(yīng)用水熱法制備

6、出還原氧化石墨烯負(fù)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(duì)催化劑的形貌、組成和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征,并采用CV、CA、LSV和電化學(xué)交流阻抗(EIS)對(duì)催化劑的電催化性能進(jìn)行了表征。結(jié)果表明:PdAg納米合金材料已成功地負(fù)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