电沉积法制备树枝状的钯锡合金及其电催化氧化乙醇的活性研究

发布时间：2020-10-28 19:05

　　 直接乙醇燃料电池能将燃料乙醇的化学能直接转化为电能,乙醇可直接从农业废弃物中制得,价格低廉,且乙醇理论能量密度高、对质子交换膜的渗透率低,是一种备受关注的绿色能源。碱性条件下钯比铂对乙醇具有更好的催化活性,它比铂在地球上储量高、价格低。但是钯催化剂也不能完全摆脱C0类物种的中毒,在钯基础上添加第二组元Sn元素,由于二者间的电子效应和几何效应,可以提高催化剂的活性和稳定性。双金属纳米粒子的催化活性受到组分、尺寸、载体、形貌等因素影响显著。通过调控双金属纳米粒子的形貌可以提高其催化活性。纳米枝晶结构由大量的分支构成,含有大量的边缘和角落原子,能增加催化剂的活性位点数。催化剂的制备方法有液相还原法、电化学沉积法等。电沉积法具有操作简单、安全、参数可控的优点,通过优化参数可以方便的制备枝晶结构的催化剂。在枝晶催化剂的制备中,络合剂可以调节晶体生长过程,选用酒石酸作为络合剂,利用它和金属离子的配位作用调剂枝晶催化剂的形貌,进而提高催化剂的性能。主要工作如下：1.首次以酒石酸为保护剂使用恒电流沉积法制备单晶的、分层的树枝状结构的钯锡合金。探究了分层的树枝状结构的制备条件：优化了前躯体PdC12/SnC12比例、电沉积时间、沉积电流密度和酒石酸浓度。最佳制备条件是：PdC12/SnC12=1：4,电流密度是1.5 mAcm-2,酒石酸浓度为O.02 mol/L,沉积时间为60 min。2.初步探讨了分层的树枝状的钯锡合金的生长机理：是在热力学非平衡态下,扩散控制使晶体延PdlSn4的(131)面优先生长形成的。且生长过程受到Sn原子的诱导；探讨了酒石酸的作用：作为保护剂防止晶粒团聚,利于树枝状结构的分层。3.测试了不同比例的钯锡催化剂对乙醇的电催化氧化性能,各比例的钯锡催化剂都比纯钯催化剂具有更好的催化活性,其中PdlSn4具有最好的活性；测试了分层的树枝状的PdlSn4-1和未分层的Pd1Sn4-2催化剂,分层的树枝状的Pd1Sn4-1具有最优异的催化活性。4.探究了Pd1Sn4-1对乙醇催化活性最好的原因：Pd1Sn4-1具有更大的比表面积和更多催化活性位点,Sn的加入改变了Pd的电子结构和几何结构,Sn表面能提供方更多-OH,提高了对乙醇催化活性。
【学位单位】：延边大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2016
【中图分类】：O643.36;TM911.4
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 燃料电池简介
        1.1.1 燃料电池的概念
        1.1.2 燃料电池的分类
    1.2 直接乙醇燃料电池
        1.2.1 直接乙醇燃料电池的概念
        1.2.2 直接乙醇燃料电池的工作原理
    1.3 直接乙醇燃料电池阳极催化剂
        1.3.1 Pt基催化剂
        1.3.2 Pd基催化剂
        1.3.3 催化剂的制备方法
        1.3.4 提升Pd基催化剂性能的措施
    1.4 树枝状金属材料催化剂
        1.4.1 树枝状结构催化剂的特性
        1.4.2 电化学沉积法制备树枝状合金催化剂
    1.5 课题的提出与研究内容
第二章 实验设计与表征方法
    2.1 试剂和仪器
    2.2 催化剂制备
        2.2.1 电极的预处理
        2.2.2 钯锡催化剂的制备
        2.2.3 钯催化剂的制备
    2.3 催化剂的物理表征
        2.3.1 X射线衍射表征（X-ray diffraction,简称XRD）
        2.3.2 扫描电子显微镜表征（Scanning Electron Microscope,SEM）
        2.3.3 透射电子显微镜（Transmission Electron Microscope,TEM）
        2.3.4 X射线光电子能谱（X-ray Photoelectron Spectroscopy,XPS）
    2.4 催化剂的电化学性能测试
        2.4.1 循环伏安技术（cyclic voltametry,CV）
        2.4.2 线性扫描技术（Linea r sweep voltammetry,LSV）
        2.4.3 电流-时间曲线技术（amperometric i-t curves,I-T）
第三章 树枝状钯锡催化剂制备条件优化及机理初探
    3.1 引言
    3.2 催化剂的制备
        3.2.1 电极的预处理
        3.2.2 钯锡催化剂的制备
        3.2.3 钯催化剂的制备
    3.3 不同条件下制备的钯锡催化剂的形貌表征
        3.3.1 前躯体比例的优化
        3.3.2 沉积时间的优化
        3.3.3 沉积电流密度的优化
        3.3.4 酒石酸浓度的优化
    3.4 分层的树枝状结构的形成机理初探
        3.4.1 分层的树枝状的钯锡催化剂的结构
        3.4.2 钯锡共沉积
        3.4.3 热力学因素研究
        3.4.4 外来杂原子诱导因素研究
        3.4.5 酒石酸的作用研究
    3.5 本章小结
第四章 树枝状钯锡催化剂对乙醇的电催化氧化性能研究
    4.1 引言
    4.2 催化剂的制备
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 不同比例的钯锡催化剂对乙醇的电催化氧化性能测试
        4.3.2 分层的和不分层的树枝状钯锡催化剂对乙醇的电催化氧化性能比较
1Sn₄-1对乙醇催化活性提高的原因探究'>    4.4 Pd₁Sn₄-1对乙醇催化活性提高的原因探究
    4.5 本章小结
第五章 结论
参考文献
致谢
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本文编号：2860480