高活性醇类铂钯催化剂的制备及其电性能研究

发布时间：2017-06-17 12:06

  本文关键词：高活性醇类铂钯催化剂的制备及其电性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：直接醇类燃料电池(DAFC)是一种绿色能源技术,不经过燃烧直接以电化学方式将燃料的化学能转化为电能,具有无污染、燃料来源广、能量转化率高、储存和运输方便等优点,对解决当前世界面临的能源危机和环境污染这两大难题具有重要意义。DAFC发展过程中的主要问题是阳极催化剂对醇类分子的电催化氧化活性太低。因此,制备高效的催化剂从而减少贵金属用量,是降低燃料电池成本的有效途径。本文从优化催化剂结构、载体材料、合成方法入手,制备了不同类型的电催化剂,并对其在碱性介质中对甲醇、乙醇的电催化性能进行了详细的考察。具体研究工作包括以下几个方面:(1)通过采用氯化十六烷基吡啶作为表面活性剂和形貌导向剂,用抗坏血酸还原Na_2PdCl_4和H_2PtCl_6,一步水热法成功合成了蒲公英状的PtPd异质结构。氯代十六烷基吡啶在这个反应中起到形貌的决定性作用。合成的蒲公英形状具有高度开放的结构,平均粒径40 nm,拥有很多由小纳米聚集形成的枝,这可以为电催化提供更多的纳米级的催化位点,催化的醇类小分子也可以在这种结构中扩散,有利于提高传质速率。经过在碱性条件下催化乙醇的测试,该催化剂显示出较高的催化活性。更有意思的是,通过调节Pt和Pd的比例可以进一步优化催化剂的组分:当Pt(7%),Pd(93%)时,催化性能更高。(2)通过使用锐钛矿二氧化钛作为金属载体,在其表面抗坏血酸原位还原金属离子,由于锐钛矿型相对于金红石二氧化钛有更高的导电性能。在这个工作中,设计二氧化钛作为载体有几个作用:1、TiO_2和金属纳米粒子之间存在强金属-支持物的相互作用,并且可以修饰金属电子结构,改善催化活性。2、用TiO_2作为抗腐蚀载体,在电催化中防止纳米粒子聚合,也能极大改善稳定性和持久性。(3)直接在玻碳电极上电沉积制备PtPd纳米粒子,直径约为50 nm。沉积过程由一个交互的沉积电压组成,包括低电压EL(0.1 V)和高电压EH(0.7 V),这样不会导致纳米粒子的过大生长,且方法相比较化学水热还原法简单,易操作,可控。选择不同的沉积电压和沉积时间,调控纳米粒子大小,所制备的修饰电极用SEM,EDS和电化学技术进行表征。在碱性乙醇电催化中显示出较高的电催化活性。
【关键词】：铂钯 合金 醇类燃料电池 乙醇氧化 甲醇氧化 纳米簇 电催化剂 TiO_2
【学位授予单位】：上海师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O643.36;TM911.4
【目录】：

• 摘要2-3
• Abstract3-7
• 第一章 绪论7-19
• 1.1 燃料电池概述7-10
• 1.1.1 燃料电池优点7-8
• 1.1.2 燃料电池分类8-10
• 1.2 直接醇类燃料电池（DAFC）简介10-13
• 1.2.1 工作原理10-11
• 1.2.2 发展进程11-12
• 1.2.3 目前存在的问题12-13
• 1.3 直接醇类燃料电池阳极催化剂13-17
• 1.3.1 尺寸效应14-15
• 1.3.2 协同效应15
• 1.3.3 结构效应15-16
• 1.3.4 载体效应16
• 1.3.5 Pt基催化剂16-17
• 1.3.6 Pd基催化剂17
• 1.4 本研究论文的构思17-19
• 第二章 蒲公英状铂钯纳米簇的制备及其作为乙醇燃料电池的研究19-31
• 2.1 引言19-20
• 2.2 实验部分20-21
• 2.2.1 实验试剂20
• 2.2.2 实验仪器20-21
• 2.2.3 铂钯纳米粒子制备21
• 2.2.4 修饰电极制备21
• 2.2.5 电化学测量方法21
• 2.3 结果与讨论21-30
• 2.3.1 纳米粒子的合成表征21-22
• 2.3.2 纳米粒子的形貌表征22-24
• 2.3.3 催化剂的结构表征24-26
• 2.3.4 DPtPdNC催化剂的电化学行为26-28
• 2.3.5 DPtPdNC催化剂的稳定性28
• 2.3.6 调控Pt含量的Pt-Pd纳米粒子的催化性能测试28-29
• 2.3.7 HDPCl在其他组成催化剂的合成探索29-30
• 2.4 本章小结30-31
• 第三章 TiO_2作为载体提高双金属催化剂的抗毒化能力及其在甲醇燃料电池中的应用31-42
• 3.1 引言31
• 3.2 实验部分31-33
• 3.2.1 实验试剂31-32
• 3.2.2 实验仪器32
• 3.2.3 二氧化钛负载铂钯合金催化剂的合成32
• 3.2.4 修饰电极的制备32-33
• 3.2.5 电化学测量方法33
• 3.3 结果和讨论33-40
• 3.3.1 合成纳米粒子的过程及形貌表征33-35
• 3.3.2 合成PtPd/TiO_2的组成和结构表征35-36
• 3.3.3 合成纳米粒子的催化性能的考察及优化36-37
• 3.3.4 合成纳米粒子的与商用催化剂催化性能的比较37-39
• 3.3.5 合成纳米粒子的与商用催化剂稳定性能的比较39-40
• 3.4 本章小结40-42
• 第四章 电沉积制备稳定的铂钯催化剂及其对碱性乙醇的电催化氧化42-50
• 4.1 引言42
• 4.2 实验部分42-44
• 4.2.1 实验试剂42-43
• 4.2.2 实验仪器43
• 4.2.3 铂钯纳米粒子的合成及修饰电极的制备43
• 4.2.4 电化学测量方法43-44
• 4.3 结果和讨论44-49
• 4.3.1 合成催化剂条件的优化44-48
• 4.3.2 与商用催化剂的性能比较48-49
• 4.4 本章小结49-50
• 第五章 结论与展望50-52
• 5.1 结论50
• 5.2 进一步工作的方向50-52
• 参考文献52-60
• 攻读学位期间取得的研究成果60-61
• 致谢61-62

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