Pt基及Pd基催化剂的制备及其对乙醇电催化性能研究

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直接乙醇燃料电池(DEFC)被认为是最有实用价值的能源装置。在酸性条件下,Pt基催化剂是研究最为广泛的DEFC阳极催化剂,但Pt催化剂容易吸附CO而导致催化剂中毒、使用寿命短,而且Pt资源有限、价格昂贵。在碱性条件下,Pd基催化剂也是良好的DEFC阳极催化剂,但其稳定性有待提高。因此,开发高活性、高稳定性的Pt基、Pd基DEFC阳极催化剂是目前直接乙醇燃料电池研发的关键问题之一。  本论文在优化制备条件的基础上,通过添加金属Sn、Cu、Co、Ni等制备了炭黑负载Pt基及Pd基双金属催化剂。以天然聚合物壳聚糖(CHI)对炭黑载体进行改性,制备了壳聚糖-炭黑复合载体(CHI-C)及其负载Pd-M催化剂。采用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、透射电子显微镜(TEM)等分析技术获得了催化剂的结构、形貌及表面组成等信息。以循环伏安法(CV)、计时电流法(CA)、氧化峰电流密度随扫描次数的变化考察了Pt基、Pd基催化剂对乙醇的电催化氧化活性和稳定性。论文所得主要结果如下:  1.以乙二醇还原法制备的Pt-Sn/C催化剂,考察了溶液pH值、Pt/Sn原子比等制备条件对催化剂电催化氧化性能的影响。结果表明:在酸性条件下,当溶液pH为13,Pt/Sn原子比为3:1时所得催化剂具有最好的乙醇电催化氧化性能。  2.采用两步还原法制备了Pt3Sn/C催化剂,研究了还原温度、PVP/Sn质量比对催化剂性能的影响。发现第二金属Sn的引入使催化剂中Pt粒子尺寸更小、分散更均匀,既增大了电化学活性面积,也提高了Pt的利用率。  3.采用共浸渍还原法制备Pd-M(M=Sn、Cu、Co、Ni)双金属催化剂,在碱性条件下对催化剂进行电化学测试,发现其对乙醇的电催化氧化活性次序为:PdCo/C?PdSn/C?PdNi/C?PdCu/C?Pd/C。添加金属Co、Sn的Pd/C催化剂表现出更好的乙醇电催化活性及稳定性。  4.壳聚糖的引入没有改变炭黑的多孔结构,但CHI-C负载的Pd催化剂具有更好的催化活性与稳定性。从催化剂表面Pd的电子结构看,CHI的改性使催化剂表面Pd2+浓度减少,Pd0表面百分浓度增加,从而改善Pd基催化剂在碱性条件下对乙醇的电催化活性与稳定性。Pd-Co/CHI-C具有相对最好的电催化性能。
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