钯基催化材料对乙醇电催化氧化及氧还原的研究

发布时间：2017-09-28 14:17

  本文关键词：钯基催化材料对乙醇电催化氧化及氧还原的研究

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【摘要】：在最近几十年,具有众多优点的直接乙醇燃料电池和质子膜燃料电池正逐渐受到全球范围的广泛关注和重视。本论文主要从筛选合适的钯基合金催化剂和改进催化剂的形貌两个方面来提高直接乙醇燃料电池和质子膜燃料电池电催化剂的催化性能。我们制备了PdWO/C,Pd-Cr/C催化剂和Pd-W纳米多孔材料,并测试了催化剂对碱性介质中的乙醇的电催化氧化和酸性介质中的氧还原反应的催化作用。我们用X-射线衍射光谱、X-射线光电子能谱、透射电子显微镜、高倍透射电子显微镜、电感耦合等离子体原子发射光谱法、能量色散图谱等方法对催化剂进行了表征。此外,还使用循环伏安法、线性伏安扫描法、时间电流曲线等电化学检测方法测试催化剂的催化活性和稳定性。本论文的主要研究结果如下:1.我们通过硼氢化钠还原的方法制备富含氧化物的碳负载的PdW双金属催化剂。高分辨透射电子显微镜和X射线光电子能谱显示在催化剂中含有氧化物。在X-射线光电子能谱表征结果显示,氧原子在PdW双金属纳米颗粒中所占所有原子的比例约为50%。在碱性介质中乙醇氧化反应过程中,含氧化物丰富的PdW/C催化剂比Pd/C的催化活性高。相对于Pd/C,含氧化物丰富的Pd_(0.8)W_(0.2)/C的起始电位负移约90 mV。催化剂活性的提高可以用W/WO_x的协同效应来解释。综上所述,我们提供了一个新模型,通过将贵金属和氧化物制备到同一个纳米粒子中,我们提供了贵金属/促进剂系统的一个模型,在新模型中其中贵金属与促进剂的距离接近到了极限。2.我们使用简单的化学法制备了不同原子比的Pd-Cr/C催化剂。在电化学测试中,Pd_(0.6)Cr_(0.4)/C、Pd_(0.7)Cr_(0.3)/C、Pd_(0.8)Cr_(0.2)/C、Pd_(0.9)Cr_(0.1)/C的氧还原起始电位分别为0.755 V、0.758 V、0.835 V、0.788 V(vs.RHE),分别比Pd/C(0.738V vs.RHE)催化剂得起始电位正移了17 mV、20 mV、97 mV、50 mV。催化剂通过X-射线衍射光谱、X-射线光电子能谱、透射电子显微镜等方法进行物理表征。我们制备的Pd_(0.8)Cr_(0.2)/C催化剂不仅表现出出色的活性,而且具有出色的耐久性。由上可知,Pd_(0.8)Cr_(0.2)/C可以成为氧还原的优秀催化剂。3.由于纳米多孔材料其特殊的微观结构和独特的物理化学性能,纳米多孔材料在电催化领域、传感等方面具有广阔的应用前景。本章利用去合金法制备Pd-W纳米多孔材料,并探究这种纳米多孔材料对碱性条件下的乙醇氧化反应的催化效果。使用循环伏安法、线性伏安扫描法、时间电流曲线等对催化剂测试。相对Pd/C,多孔PdW催化剂起始点位负移大约85 mV,同时表现出高的电催化稳定性。
【关键词】：燃料电池 钯基催化剂 电氧化 氧还原 氧化物 多孔材料
【学位授予单位】：齐鲁工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O643.36
【目录】：

• 摘要7-9
• ABSTRACT9-11
• 第1章 绪论11-19
• 1.1 燃料电池概况11-12
• 1.1.1 燃料电池的发展历史进程11
• 1.1.2 燃料电池的特点11-12
• 1.1.3 燃料电池的分类12
• 1.2 质子交换膜燃料电池12-13
• 1.2.1 质子交换膜燃料电池概况12
• 1.2.2 质子交换膜燃料电池特点12-13
• 1.3 直接乙醇燃料电池13-14
• 1.3.1 直接乙醇燃料电池的概况13
• 1.3.2 乙醇在碱性介质中电氧化13-14
• 1.4 钯基催化材料的研究14-17
• 1.4.1 钯基电催化剂的研究现状14-16
• 1.4.2 多孔材料催化剂16-17
• 1.5 催化剂的制备方法17
• 1.5.1 液相化学还原法17
• 1.5.2 电化学沉积法17
• 1.5.3 气相还原法17
• 1.5.4 去合金法17
• 1.5.5 模板法17
• 1.6 本文主要研究方向和内容17-19
• 第2章 Pd WO/C催化剂用于碱性条件下乙醇氧化19-33
• 2.1 引言19-21
• 2.2 实验部分21-24
• 2.2.1 实验装置21-22
• 2.2.2 材料试剂及溶液配制方法22
• 2.2.3 催化剂的制备22-23
• 2.2.4 工作电极的制备23
• 2.2.5 催化剂的表征23-24
• 2.2.6 电化学测试24
• 2.3 结果与讨论24-32
• 2.3.1 不同催化剂的测试表征24-28
• 2.3.2 含氧化物的Pd W/C催化剂电化学测试部分28-32
• 2.4 结论32-33
• 第3章 Pd Cr/C用作具有出色耐久性的氧还原电催化剂33-43
• 3.1 引言33-34
• 3.2 实验部分34-37
• 3.2.1 仪器设备34
• 3.2.2 材料、试剂34-35
• 3.2.3 催化剂的制备35-36
• 3.2.8 工作电极的制备36
• 3.2.9 催化剂的表征36
• 3.2.10 伏安测试36
• 3.2.11 氧还原电催化活性测试36-37
• 3.3 结果讨论37-41
• 3.3.1 催化剂的电化学测试37-38
• 3.3.3 不同Pd:Cr原子比Pd Cr/C催化剂的表征38-41
• 3.4 结论41-43
• 第4章 Pd基多孔材料用于碱性条件下乙醇电氧化43-49
• 4.1 引言43
• 4.2 实验部分43-46
• 4.2.1 实验装置43-44
• 4.2.2 材料、试剂及溶液配制44-45
• 4.2.3 Pd-W多孔材料的制备45
• 4.2.4 工作电极的制备45
• 4.2.5 电化学测试45-46
• 4.3 结果与讨论46-48
• 4.4 结论48-49
• 第5章 结论49-51
• 参考文献51-63
• 致谢63-65
• 在读期间发表的学术论文成果及获奖情况65

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本文编号：936311