氧化铈水合物对贵金属纳米晶电催化性能的增强作用研究

发布时间：2020-06-17 07:21

【摘要】：随着能源的紧缺和环境污染的日益加剧,近年来对于直接醇类燃料电池的研究吸引了人们广泛的关注。开发直接醇类燃料电池所需的高稳定性和高活性的催化剂仍然是一个挑战。目前,贵金属Pt催化剂仍是商业醇类燃料电池首选的高效电催化剂。一方面,催化剂容易被CO等中间产物毒化,从而导致催化剂性能下降;另一方面,由于Pt储量匮乏和价格昂贵,限制了醇类燃料电池的大规模商业化。本论文以开发低成本、高活性、高稳定性的醇类燃料电池催化剂为目标,围绕氧化铈水合物(CeO_2·xH_2O)对贵金属纳米晶电催化醇氧化和电催化氧还原性能的促进作用,以及Pd合金电催化剂的可控制备、结构与电催化性能的关系规律进行了研究。主要研究内容及结论如下:(1)用叔丁胺辅助的溶剂热法制备了小尺寸且表面富含羟基的CeO_2·x H_2O纳米颗粒。将其与铂/碳纳米管(Pt/CNTs)催化剂超声混合,使Pt/CNTs电催化甲醇氧化反应的质量比活性提高了约4倍。CeO_2·xH_2O纳米颗粒对Pt/CNTs醇(包括甲醇、乙二醇、丙三醇等)电氧化的促进作用远远超过CeO_2。而且CeO_2·xH_2O纳米颗粒也可以显著改善商业铂/碳、钯/碳和铂钌/碳催化剂的醇电氧化活性和稳定性。(2)在L-赖氨酸辅助的条件下,通过简单的NaBH_4还原法制备Pd/CeO_2·xH_2O催化剂。该催化剂对乙醇氧化的电催化质量比活性分别是商业Pd/C和Pd/CeO_2催化剂的4倍和2倍。对于氧还原反应,Pd/CeO_2·xH_2O催化剂的半波电势为0.882V,分别比Pd/C和Pd/CeO_2正移了25mV和15mV。因此,Pd/CeO_2·x H_2O可以作为兼具乙醇电氧化和氧还原反应功能的高效电催化剂。(3)以DMF作为溶剂和还原剂,一步实现CNTs的氮掺杂和Pd_(2.6)Ni合金纳米颗粒的原位负载。制备的Pd_(2.6)Ni/CNTs催化剂对氧还原反应的半波电位为0.875V,明显高于商业Pt/C。同样,通过类似的方法合成了氧还原性能更为优异的Pd_3Co/CNTs和Pd_3CoNi/CNTs电催化剂,其活性和稳定性均远高于商业Pt/C催化剂。
【学位授予单位】：内蒙古大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O643.36;TM911.4
【图文】：

电池阳极反应机理电池的相关研究工作已经在最近的综述文章中被广氧化、阴极氧还原和它们中间的电解液夹层等关键作组成和原理，直接甲醇燃料电池阳极反应是通过能转化为电能[5]。在直接甲醇燃料电池的阳极，极和外部装载将电子和质子转移到阴极，质子通路迁移到达阴极催化剂。直接甲醇燃料电池的阴极阳极相对于阴极产生的额外电子从而在两电极之关的电化学反应如下： 12OH-→ 2CO2+ 10H2O + 12e-+ 6H2O→ 12OH- 3O2→ 2CO2+ 4H2O

(a)在Pt-CeO2/C催化剂中CeM4,5边缘的EELS谱图

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本文编号：2717274