表面修飾碳納米管負(fù)載金屬納米催化劑的合成及性能研究.pdf

1、燃料電池因具有高效、安全、可靠,環(huán)境友好,易操作等其它能量發(fā)生裝置不可比擬的優(yōu)越性,備受世人關(guān)注。但是,目前仍存在一些因素制約著燃料電池的商業(yè)化應(yīng)用,其中之一是貴金屬催化劑的昂貴價(jià)格。因此許多研究工作都聚焦于提高貴金屬的利用率,降低貴金屬的用量,進(jìn)而降低催化劑的成本。其中載體對(duì)催化劑的影響十分重要,因?yàn)榇呋瘎┘{米顆粒的大小、形態(tài)以及在載體上的分布都受載體性質(zhì)的影響。碳納米管特殊的表面結(jié)構(gòu)、優(yōu)良的導(dǎo)電性和良好的熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性,使其有

2、可能成為高效燃料電池金屬催化劑的載體。然而碳納米管具有固有的化學(xué)隋性,通常采用強(qiáng)氧化劑預(yù)處理法,在碳管的表面引入官能團(tuán),以使金屬顆粒較好的沉積在碳納米管表面。但是強(qiáng)氧化過程會(huì)破壞碳管結(jié)構(gòu),降低其機(jī)械強(qiáng)度,影響其耐腐蝕性和整體導(dǎo)電性,導(dǎo)致催化劑電化學(xué)活性的降低。所以用新的修飾方法來代替氧化法是目前該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。
　　 本論文研究了在溫和條件下,采用表面修飾碳納米管代替氧化法制備了高效的Pd,Pt基催化劑,研究了它們對(duì)甲酸氧化和

3、甲醇氧化的催化性能。通過高倍透射電子顯微鏡(HR-TEM)、傅里葉變換紅外光譜(FTIR)、X射線粉末衍射(XRD)、場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(FE-SEM)、X射線光電子能譜(XPS)、熱重分析等技術(shù)對(duì)催化劑的形貌和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征,用循環(huán)伏安法(CV)、計(jì)時(shí)電流法等電化學(xué)分析測(cè)試技術(shù),對(duì)催化活性和穩(wěn)定性等進(jìn)行了詳細(xì)研究,得到一些有意義的成果,論文主要內(nèi)容如下:
　　 (1)介紹了燃料電池的概況,綜述了制備燃料電池催化劑的方法,及研

4、究進(jìn)展。
　　 (2)以谷氨酸為添加劑,采用簡(jiǎn)單的溶劑熱合成法,制備出碳納米管負(fù)載的粒徑在5.2n的Pd催化劑,4.6nm的Fe-Pd催化劑和50nm左右的PdCu合金立方空殼催化劑。它們對(duì)甲酸的氧化,表現(xiàn)出較高的活性和穩(wěn)定性。
　　 (3)以鄰苯二甲酸為添加劑,以乙二醇水溶液為分散劑,在常溫下制備碳納米管負(fù)載的Pt催化劑。Pt納米粒子顆粒較小(2.2nm),粒徑分布窄,很好地分散性在碳納米管的,對(duì)甲醇氧化表現(xiàn)出很高的催

5、化活性。以8-羥基喹啉為添加劑,制備碳納米管負(fù)載的Pt-SnOx催化劑,Pt顆粒粒徑較小,且抗CO中毒能力強(qiáng)。
　　 (4)三元金屬對(duì)甲醇氧化的性能研究。我們首先以谷氨酸為添加劑,在溶劑條件下合成碳納米管負(fù)載的PdCo合金催化劑,粒徑在7.2nm左右。然后在常溫條件下,將PdCo合金表面生長(zhǎng)1.8nm左右的Pt小顆粒,三元金屬的催化活性比單一Pt金屬有了大大的提高。
　　 上述的研究結(jié)果不僅為碳納米管負(fù)載金屬提供了新的方