碳載鈀和鈀鉑合金納米催化劑的制備及電催化研究.pdf

1、直接醇燃料電池(DAFC)具有能量密度高、環(huán)境友好、對價格的承受力較高以及燃料在運(yùn)輸、儲存和使用時安全性好等特點(diǎn)，可用作筆記本電腦、手機(jī)等的移動電源，具有極其廣闊的應(yīng)用前景。然而，就該種燃料電池研制的現(xiàn)狀而言，催化劑高的鉑用量和高的極化過電位等極大地限制了其商業(yè)化開發(fā)。對于直接甲酸燃料電池(DFAFC)，陽極Pt基催化劑的采用易導(dǎo)致甲酸氧化產(chǎn)生的中間體CO吸附于鉑表面，毒化了鉑電極，降低了催化劑的活性。而對于直接甲醇燃料電池(DMFC)

2、，由于氧氣還原的高度不可逆性和因甲醇透過質(zhì)子交換膜滲透到陰極導(dǎo)致的“混合電位”效應(yīng)，導(dǎo)致了氧電極的性能更差。因此，從目前技術(shù)發(fā)展水平看，無論從提高催化活性、降低貴金屬Pt的載量，還是從提高陰極抗甲醇性能考慮，催化性能的提高和貴金屬Pt載量的降低都有很大的空間。 本論文通過水相絡(luò)合還原途徑制備了碳載鈀(Pd/C)和碳載鈀鉑(PdPt/C)合金納米電催化劑，評價了熱處理對Pd/C催化劑粒子大小和電催化甲酸氧化性能的影響；研究和比較了

3、PdPt/C納米合金催化劑的組成、結(jié)構(gòu)、粒子大小等對氧氣還原和抗甲醇的氧氣還原活性的影響，并與商業(yè)化Pt/C催化劑的性能進(jìn)行了比較。獲得的主要結(jié)果如下： 1.利用EDTA作為絡(luò)合劑與PdCl2絡(luò)合，使用NaBH4還原制備了Pd質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20％的Pd/C催化劑。經(jīng)X-射線衍射(XRD)和透射電子顯微鏡(TEM)測試結(jié)果顯示，此方法制備的Pd/C催化劑的金屬粒子大小約在3.3±0.8nm，具有粒徑分布窄和粒子分散度高的特點(diǎn)。通過簡單

4、地?zé)崽幚砜梢哉{(diào)控Pd納米粒子的直徑，粒徑變化范圍為3.3～9.2nm。發(fā)現(xiàn)當(dāng)熱處理溫度為120℃，對應(yīng)的Pd粒徑為4.7nm時，Pd/C催化劑對甲酸氧化的電催化劑活性最高；這可能是由于Pd納米粒子的電子結(jié)構(gòu)的改變。隨著熱處理溫度在120～200℃范圍內(nèi)的進(jìn)一步升高，Pd/C催化劑電催化甲酸氧化的能力和穩(wěn)定性均逐漸降低，其原因可能是Pd/C催化劑中Pd粒子逐漸變大的緣故。由于本制備方法簡便易行，并且制備的Pd/C催化劑具有較高的催化活性，

5、因此，具有較好的應(yīng)用前景2．通過EDTA絡(luò)合、NaBH4還原的方法制備了不同Pd-Pt原子比的、PdPt金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20％的PdPt/C合金催化劑。催化劑的XRD表征表明合成的不同原子比的PdPt/C催化劑均呈現(xiàn)面心立方結(jié)構(gòu)，催化劑粒子的平均直徑在約2.0～3.2nm范圍，電化學(xué)測試表明Pd-Pt原子比為1:1的PdPt(1:1)/C催化劑，在經(jīng)過150℃熱處理后，相應(yīng)的Pd-Pt原子間距為0．2756nm時，催化劑對氧氣還原呈現(xiàn)了最