作為一種傳統(tǒng)能源——化石燃料,因其不可再生性以及對(duì)環(huán)境和人類健康的負(fù)面影響,一定程度上阻礙了社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。為解決此難題,直接甲酸燃料電池(DFAFCs),作為清潔、高效的燃料電池中的一員,因其具備更高的電流密度而備受人們關(guān)注。相比較于Pt基催化劑,Pd基催化劑因其在甲酸氧化過(guò)程中更傾向于發(fā)生脫氫反應(yīng)過(guò)程,并且更不容易遭受CO毒化的影響而更適合作為DFAFCs的催化劑。然而,純單金屬納米催化劑在催化氧化過(guò)程中很難同時(shí)滿足高催化性能以及高催化穩(wěn)定性。為此,提出了合金催化劑以改善單元素材料在催化性能上的缺陷。本文介紹了用一種簡(jiǎn)單的分步還原法合成表面粗糙的PdAgCu三金屬合金納米線的制備過(guò)程,并通過(guò)TEM、HRTEM、XRD、EDS等表征方法對(duì)材料的形貌和組成進(jìn)行定性和定量分析。結(jié)果顯示,平均直徑為50 nm的PdAgCu合金納米線是由“核”層中的銅納米線以及“殼”層上包覆的PdAg、PdCu合金納米顆粒組成的核殼式結(jié)構(gòu)。通過(guò)甲酸氧化電化學(xué)分析測(cè)得,PdAgCu合金納米線和商業(yè)Pd的電化學(xué)活性面積(ESCA)分別為55.87 m2/g、47.71 m2/g。質(zhì)量歸一化后,在峰值處的PdAgCu合金納米線的甲酸氧化質(zhì)量活性為2511 mA/mgpd,是商業(yè)Pd(506 mA/mgpd)的5倍。最后由二者得到的PdAgCu合金納米線的比活性為4.49mA/cm2,商業(yè)Pd的比活性為1.06mA/cm2。結(jié)果說(shuō)明,三金屬PdAgCu合金納米線的甲酸氧化催化性能要明顯優(yōu)于單金屬商業(yè)Pd。本文還通過(guò)改變反應(yīng)溶劑,利用酸洗這一后處理過(guò)程,成功制備出PdAgCu三金屬合金納米管。通過(guò)酸洗前和酸洗后TEM對(duì)比,說(shuō)明形成了壁厚約2～5 nm的管狀結(jié)構(gòu)。進(jìn)而利用對(duì)混熔點(diǎn)溫度的理論計(jì)算,進(jìn)一步論證在此三金屬合金納米材料中,AgCu無(wú)法形成合金相的原因,即實(shí)際的反應(yīng)溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于AgCu合金的混熔溫度。最后,電化學(xué)測(cè)試證明,合金納米管的甲酸氧化質(zhì)量活性(4307 mA mgPd-1)是三金屬合金納米線(1305 mA mgpd-1)的 3.3 倍,是商業(yè)鈀(506 mA mgPd-1)的 8.5 倍�？傊�,PdAgCu三金屬合金納米管的成功制備不僅降低了貴金屬Pd的用量,同時(shí)也提高了材料的催化性能。
【學(xué)位單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：O643.36;TB383.1
【部分圖文】：

之一邋［６］。逡逑１．１．１．２燃料電池的工作原理及分類逡逑燃料電池的基本結(jié)構(gòu)如圖１－１所示。類似于一般的電化學(xué)電池，一個(gè)完整的燃料逡逑電池由三個(gè)關(guān)鍵部分組成，包括陽(yáng)極，陰極以及電解質(zhì)。在典型的燃料電池中，燃料逡逑會(huì)被持續(xù)的加入到陽(yáng)極（負(fù)極）中，而氧化劑（比如，純氧或空氣）則被持續(xù)加入到陰極（正逡逑極）中。在電極上則發(fā)生著相應(yīng)的電化學(xué)反應(yīng)，其中燃料在陽(yáng)極上被氧化，發(fā)生氧化反逡逑應(yīng)，產(chǎn)生的電子通過(guò)外部電路傳導(dǎo)將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，而與此同時(shí)離子在４解質(zhì)中逡逑發(fā)生遷移，從一個(gè)電極轉(zhuǎn)移到另一個(gè)電極。在陰極上，氧化劑則與離子和傳遞過(guò)來(lái)的逡逑電子發(fā)生還原反應(yīng)，完成整個(gè)氧化還原過(guò)程［７］。逡逑ｅ－ｆ邋Ｌ0ａｄ邋ｌｅ逡逑ｔ邋．邋＇邐ｍＶ．邐ｍ逡逑Ｆｕｅｌ邐＿邋［Ｃａｔｉｏｎ＾邋Ｂ邋＾邋Ｏｘｉｄａｎｔ逡逑＾邋｜Ｈ邐Ｅｘｈａｕｓｔ邋ｇａｓ逡逑ｋ邋ｘｒ邐NB：邋：‘邋＠邋廣ｖ邋ｄｘ：…逡逑Ａｎｏｄｅ邋Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ邋Ｃａｔｈｏｄｅ逡逑圖１－１通用燃料電池示意圖逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｏｆ邋ａ邋ｇｅｎｅｒａｌ邋ｆｕｅｌ邋ｃｅｌｌ逡逑通常情況，一個(gè)電極的基本物理結(jié)構(gòu)包含與多孔陽(yáng)極和陰極相接觸的電解質(zhì)層，逡逑２逡逑

能夠產(chǎn)生最高的輸出功率［１５］。這是因?yàn)槠淅霉腆w膜作為電解質(zhì)，消除了腐蝕性液體逡逑泄漏的危險(xiǎn)，同時(shí)降低了流體的定向性。較為常見的是用氫氣作為陽(yáng)極燃料的ＰＥＭＦＣ，逡逑反應(yīng)裝置示意圖如圖１－２所示，反應(yīng)公式分別為：逡逑Ｈ２—２Ｈ＋＋２ｅ．邐式（１－１）逡逑１／２邋０２＋２Ｈ＋＋２ｅ＇＾Ｈ２０邐式（１－２）逡逑Ｈ２＋ｌ／２０２—Ｈ２０邐式（１－３）逡逑而燃料氫氣則由蒸汽重整或者碳?xì)浠衔锊糠盅趸a(chǎn)生。但是在氫燃料的生產(chǎn)過(guò)程中逡逑不可避免會(huì)生成ＣＯ之類的雜質(zhì)，而即使少量的ＣＯ存在就能夠嚴(yán)重的降低電池的性逡逑能，毒化催化劑。因此，質(zhì)子交換膜燃料電池在使用時(shí)需要優(yōu)先純化燃料流（水煤氣發(fā)逡逑生反應(yīng)或氧化）以此來(lái)嚴(yán)格控制ＣＯ的含量，使其降到少于幾個(gè)ｐｐｍ，這無(wú)疑增加了對(duì)逡逑燃料電池的資金投入［％２１］。對(duì)此，研究人員設(shè)計(jì)出了通過(guò)直接電氧化有機(jī)燃料來(lái)代替逡逑處理氫氣的過(guò)程來(lái)解決上述問(wèn)題。也就是說(shuō)，在陽(yáng)極通入小分子有機(jī)燃料，比如甲酸，逡逑甲醇，乙醇等，直接進(jìn)行氧化反應(yīng)的過(guò)程，此類燃料電池也稱之為直接氧化有機(jī)小分逡逑子燃料電池，其理論能量轉(zhuǎn)化效率要高于氫燃料電池。逡逑３逡逑

一甲西

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1 蘇軼坤;湯皎寧;姚營(yíng);龔曉鐘;樊t

本文編號(hào)：2826071