钯基复合纳米催化剂的合成及催化应用
[Abstract]:Ethanol is a renewable and clean fuel that can be produced in large quantities by agricultural products, which makes direct ethanol fuel cell (DEFC) have a broad application prospect. At present, the bottleneck that restricts the development of direct ethanol fuel cell is that the activity and stability of anode electrocatalyst are still not enough, and there is a big gap with the actual application requirement, which hinders the commercialization process of direct ethanol fuel cell. Therefore, it is of great significance to design and prepare efficient anode catalysts. At present, platinum (Pt) based nano-catalysts with the highest activity are prone to deactivation, high cost and shortage of Pt resources. Therefore, the research and development of alternative catalysts for Pt has become an important direction of fuel cell technology development. Palladium (Pd) based nanocatalysts have been widely studied and used as electrocatalysts for fuel cells with small molecules (methanol, formic acid, ethanol, etc.) due to their excellent catalytic performance, abundant resources and lower price. By introducing a second metal into the Pd catalyst to form alloys or preparing heterojunction nanocrystals, the performance of the catalyst can be improved effectively. However, the effect of different metal active site spacing on the catalytic reaction remains to be studied. In this paper, a new method is developed to regulate the distance between the active sites of Pd and Ni in Pd-Ni-P ternary nanocatalysts, which can significantly improve the direct electrocatalytic oxidation of ethanol and realize the "surface atomic engineering" regulation of the performance of the catalysts. Pd-Ni-P ternary nanocrystals with different morphologies were prepared by liquid phase method. With the transformation of Pd/Ni-P dumbbell-shaped heterostructures into Pd-Ni-P composite nanoparticles, Pd was gradually dispersed into ultrasmall clusters in Ni-P. The distance between two active sites of Pd (ethanol catalytic oxidation active site) and Ni (hydroxyl radical forming site) was gradually reduced, the distance between the two reactants was decreased, and the probability of effective collision reaction was increased. Therefore, the electrocatalytic oxidation activity of ethanol was improved significantly. At the same time, the introduction of P can effectively prevent the loss of Ni, thus significantly improving the stability of the catalyst. In the solution system of 1.0 M NaOH and 1.0 M C2H5OH, the catalytic activity of Pd-Ni-P ternary nanometer catalyst for ethanol oxidation of (EOR) was increased to 4.95 A / mg PD, which was 6.88 times of that of commercial Pd/C catalyst, showing excellent catalytic activity and stability. The experimental results are consistent with the density functional theory (DFT) (DFT) calculation and analysis, which provides a new idea for the design and synthesis of fuel cell electrocatalysts.
【学位授予单位】:北京化工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:O643.36
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