直接甲酸燃料電池用Pd-C催化劑制備及其性能研究.pdf

1、為了解決當(dāng)前世界面臨的能源短缺和環(huán)境污染兩大難題，直接甲酸燃料電池以其具有燃料來源廣、能量轉(zhuǎn)化率高、低污染、儲存和運(yùn)輸方便等優(yōu)點(diǎn)，在便攜式電源、電動(dòng)機(jī)車和野外電站等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，已經(jīng)得到了世界范圍的關(guān)注和重視。但是，電極電催化劑的活性較低及高昂的價(jià)格仍是阻礙燃料電池商業(yè)化發(fā)展的關(guān)鍵問題之一。提高催化劑活性、降低貴金屬用量是推動(dòng)燃料電池商業(yè)化發(fā)展的重要途徑。本論文采用簡單的制備工藝制備了高性能的Pd/C催化劑及納米Pd薄膜復(fù)合催

2、化劑，并對甲酸在催化劑上的氧化性能影響因素進(jìn)行了研究。主要研究進(jìn)展如下：
　　 （1）采用無任何保護(hù)劑或表面活性劑的方法制備高度分散的納米Pd/C催化劑。通過氨絡(luò)合[PdCl4]2-離子并在微波加熱的條件下直接形成[Pd（NH3）4]2+絡(luò)合物，沒有產(chǎn)生沉淀。通過[Pd（NH3）4]2+與載體表面帶負(fù)電荷的基團(tuán)相互作用來控制Pd催化劑制備過程中顆粒粒徑，并采用氫氣還原法還原Pd/C催化劑。氫氣固相還原法中，吸附在載體表面的[Pd

3、（NH3）4]2+還原過程中不易遷移，原位還原成Pd顆粒，粒徑較小，200℃還原溫度下的Pd/C催化劑顆粒平均粒徑為1.3nm，600℃時(shí)為2.2nm。同時(shí)還嘗試采用液體還原法還原Pd/C催化劑。但由于Pd離子因?yàn)闈舛鹊母淖兓蛘呷芤褐蠵d離子還原過程中會(huì)發(fā)生遷移，從而合成的Pd顆粒粒徑比氫氣固相還原法大，液相還原法制備的Pd/C催化劑顆粒平均粒徑為4.7nm。
　　 （2）甲酸在Pd/C催化劑上電氧化的活化能研究。正電勢方向掃描

4、，甲酸在Pd/C催化劑氧化的活化能隨電勢增大而逐漸減小，而負(fù)電勢掃描過程中，甲酸氧化的活化能掃電勢增大而增大。因?yàn)樵谪?fù)電勢掃描過程中，Pd/C催化劑上氧化物對甲酸的氧化有一定的促進(jìn)作用。H2SO4電解質(zhì)中的甲酸氧化活化能比HClO4高，因?yàn)镠2SO4為吸附型電解質(zhì)，吸附在催化劑表面上的電解質(zhì)會(huì)降低催化劑的性能。電解質(zhì)的濃度對甲酸在Pd/C催化劑上氧化活化能影響很小。
　　 （3）pH對Pd/C催化劑甲酸氧化性能的影響研究。循環(huán)伏

5、安和計(jì)時(shí)安培法測試顯示在pH2到pH6的范圍內(nèi)，Pd/C催化劑對甲酸氧化電催化性能隨著pH的升高而增大，大概在0.30V vs SCE左右，Pd/C催化劑的甲酸電催化氧化性能達(dá)到最大。Pd/C催化劑的耐久性隨著電解質(zhì)pH的增大而增強(qiáng)，這主因?yàn)橐猵H越小，酸性越大，對催化劑和載體的腐蝕越大，加劇了Pd催化劑和載體表面的氧化，使載體上的催化劑顆粒更容易遷移、氧化和長大。研究結(jié)果顯示：HCOO為甲酸氧化過程中活性物質(zhì)，甲酸在Pd催化劑上是通過

6、“甲酸根途徑”被氧化成CO2，甲酸氧化性能隨著pH增大而增大。
　　 （4）Pd納米薄膜電催化劑的制備及對甲酸氧化性能的研究。我們在carbonnanoparticle-chitosan host films中原位合成Pd納米顆粒，并在不同電極上測試了Pd催化劑的性能。本研究中我們發(fā)現(xiàn)殼聚糖網(wǎng)絡(luò)有利Pd顆粒的合成。通過電化學(xué)測試發(fā)現(xiàn)，合成的復(fù)合Pd納米薄膜催化劑有很好的甲酸氧化性能。同時(shí)還研究了溶液pH和動(dòng)力學(xué)液體的條件下對甲酸