直接乙醇燃料電池陽極催化劑的研究.pdf

1、隨著人類社會(huì)的高度發(fā)展和進(jìn)步，對(duì)于能源的需求越來越大，現(xiàn)有能源越發(fā)不能滿足人類的需求，亟待開發(fā)新型可再生能源，直接乙醇燃料電池具有能量轉(zhuǎn)換效率高、噪聲小、污染小，所用燃料來源廣，并且儲(chǔ)存和運(yùn)輸安全簡便等優(yōu)點(diǎn)，在便攜式電源、電動(dòng)汽車、分散型電廠和集中型電廠等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景，獲得了越來越多的關(guān)注。但是，由于醇類的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)能力比較弱，因此，需要高催化活性和穩(wěn)定性的催化劑。鉑具有獨(dú)特的加速小分子氧化的能力，被廣泛應(yīng)用于燃料電池催化劑，然

2、而貴金屬價(jià)格高昂，且易中毒等，嚴(yán)重制約著燃料電池的發(fā)展。目前，對(duì)于燃料電池的研究主要集中在提高催化劑的催化性能，降低成本等方面。
　　本論文從提高催化劑質(zhì)量比催化活性，降低成本等角度著手，制備了一維的Pd@Pt納米管，Pd/MnO2-N-GO-CNTs復(fù)合材料催化劑以及PdxCu1-x/UF CNTs復(fù)合材料催化劑，并對(duì)其形貌，結(jié)構(gòu)，組成以及電化學(xué)性能進(jìn)行了研究。
　　(1)通過模板法制備了Pd納米管，再采用化學(xué)還原方法在P

3、d納米管的表面負(fù)載多孔海綿狀的Pt納米顆粒，制備了Pd@Pt納米管，并對(duì)其形貌、結(jié)構(gòu)、組成及電化學(xué)性能進(jìn)行了研究。形貌表征表明，Pd納米管的表面負(fù)載了大量直徑約為2nm的Pt納米顆粒，并且形成了多孔海綿狀的核殼結(jié)構(gòu)。電化學(xué)測試結(jié)果表明，Pd@Pt納米管比Pt納米線和Pt on Pd納米管具有更好的催化活性和穩(wěn)定性。說明催化劑特定的形貌結(jié)構(gòu)及與其他金屬形成復(fù)合材料不僅能夠減少Pt的用量，并且還能夠在一定程度上提高催化劑的催化性能。

4、　　(2)將摻氮的氧化石墨烯-碳納米管與MnO2復(fù)合作為載體（MnO2-N-GO-CNTs），采用硼氫化鈉作為還原劑，通過一步還原法制備了MnO2-N-GO-CNTs負(fù)載Pd納米顆粒的復(fù)合材料，并且對(duì)其形貌、結(jié)構(gòu)及電化學(xué)性能進(jìn)行了研究。Pd/MnO2-N-GO-CNTs(9∶25)催化劑表面的Pd納米顆粒較均勻地分散在表面褶皺的氧化石墨烯表面。電化學(xué)測試結(jié)果表明，Pd/MnO2-N-GO-CNTs(9∶25)催化劑的電化學(xué)活性面積很大，

5、并且其對(duì)乙醇氧化的起始電位比Pd/MnO2-N-GO-CNTs(6∶25)，Pd/MnO2-N-GO-CNTs(12∶25)和Pd/MnO2-GO-CNTs(9∶25)更負(fù)，其正掃峰電流更大，說明其對(duì)乙醇氧化的電催化性能比其它三種催化劑更好。
　　(3)用水合肼作為還原劑，以剖開的碳納米管(UF CNTs)作為載體，通過一步還原法制備了在剖開碳納米管表面負(fù)載PdxCu1-x合金納米顆粒的復(fù)合材料，并且對(duì)其形貌、結(jié)構(gòu)及電化學(xué)性能進(jìn)行

6、了研究。剖開的碳納米管片層褶皺明顯，Pd9Cu3/UF CNTs催化劑表面的Pd9Cu3納米顆粒分散比較均勻。通過電化學(xué)測試，對(duì)Pd/UF CNTs和Pd9Cu3/UFCNTs進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，Cu的加入有利于提高催化劑催化性能。比較Pd9Cu2/UF CNTs; Pd9Cu3/UF CNTs; Pd9Cu4/UF CNTs和Pd9Cu18/UF CNTs四種催化劑對(duì)乙醇氧化的催化能力，結(jié)果表明Pd9Cu3/UF CNTs比Pd9Cu2/U