【摘要】：燃料電池是一種高效、環(huán)保的發(fā)電裝置,在分布式發(fā)電、電動(dòng)汽車等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。但目前使用的Pt基氧還原(ORR)催化劑用量大、成本高,嚴(yán)重制約了燃料電池的商業(yè)化進(jìn)程。因此,研究開發(fā)高效、低廉的ORR催化劑具有極其重要的意義。Pd基催化劑由于具有較高的ORR活性和相對(duì)較低的價(jià)格,被認(rèn)為是最有潛力替代Pt基催化劑的金屬基ORR催化劑。本論文設(shè)計(jì)并制備了碳納米管擔(dān)載PdFe合金催化劑(PdFe/CNT)、超晶格PdFe/CNT以及表面富Pt的PdFePt/CNT催化劑,探究了催化劑組成與結(jié)構(gòu)對(duì)ORR性能的影響規(guī)律。主要結(jié)論如下:首先,采用NaBH4輔助乙二醇還原共沉積法制備了 PdFe/CNT合金催化劑,研究了制備體系pH值、制備體系溫度、Pd/Fe比對(duì)催化劑形貌與晶型結(jié)構(gòu)的影響機(jī)制。結(jié)果表明,適當(dāng)比例的Fe與Pd形成合金產(chǎn)生了電子效應(yīng)和幾何效應(yīng),促進(jìn)了 ORR活性的提高。制備的Pd_(75)Fe_(25)/CNT催化劑具有最佳的ORR催化活性與極高的抗甲醇性能及電化學(xué)穩(wěn)定性,其在酸性及堿性介質(zhì)中半波電位分別比Pd/CNT催化劑提升了 8 mV與14 mV。為了進(jìn)一步提升ORR活性,采用熱處理方法誘導(dǎo)Pd50Fe50/CNT催化劑調(diào)變合金結(jié)構(gòu),制備了L10型超晶格PdFe/CNT催化劑。結(jié)果表明,經(jīng)超晶格結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變后,PdFe/CNT催化劑的ORR半波電位提升了 69 mV,ORR質(zhì)量活性提高了 4.6倍(0.81Vvs.RHE)。此外,超晶格PdFe/CNT催化劑表現(xiàn)出優(yōu)良的抗甲醇能力,是一種具有高選擇性的ORR催化劑。最后,通過對(duì)Pd_(75)Fe_(25)/CNT催化劑進(jìn)行表面原子置換,制備了表面富Pt的PdFePt/CNT三元催化劑。結(jié)果表明,制備的催化劑Pt擔(dān)載量僅為7.05wt%,但ORR活性與穩(wěn)定性均優(yōu)于商業(yè)20%Pt/C,其在酸性介質(zhì)中起始電位和半波電位為0.948 V和0.861 V,分別比商業(yè)Pt/C高出9 mV與20mV。這一方面是由于表面富Pt的結(jié)構(gòu)極大地提高了 Pt的利用率;另一方面,Pd、Fe、Pt間的電子電荷轉(zhuǎn)移和應(yīng)變效應(yīng)修飾了表層Pt原子的電子結(jié)構(gòu),改善了 ORR過程中的Pt-0吸附強(qiáng)度,從而加快了 ORR反應(yīng)。
[Abstract]:Fuel cell is an efficient and environmentally friendly power generation device, which has a broad application prospect in distributed power generation, electric vehicles and other fields. However, the large amount of Pt-based oxygen reduction (ORR) catalyst and the high cost have seriously restricted the commercialization of fuel cells. Therefore, the research and development of high efficiency and low cost ORR catalysts is of great significance. Due to their high ORR activity and relatively low price, PD based catalysts are considered to be the most potential metal-based ORR catalysts to replace Pt based catalysts. In this paper, carbon nanotube supported PdFe alloy catalysts (PdFe/CNT), superlattice PdFe/CNT and Pt rich PdFePt/CNT catalysts were designed and prepared. The effects of the composition and structure of the catalysts on the properties of ORR were investigated. The main conclusions are as follows: firstly, PdFe/CNT alloy catalysts were prepared by NaBH4 assisted ethylene glycol reduction co-deposition. The effects of pH value of the preparation system and PD / Fe ratio on the morphology and crystal structure of the catalyst were studied. The results show that the formation of Fe and PD alloy in a proper proportion produces electronic and geometric effects and promotes the improvement of ORR activity. The prepared PD _ (75) Fe _ (25) / CNT catalyst has the best ORR catalytic activity, high methanol resistance and electrochemical stability. The half-wave potential in acidic and alkaline media increases by 8 MV and 14 MV, respectively. In order to further improve the activity of ORR, L10 type superlattice PdFe/CNT catalyst was prepared by heat treatment to induce the structure of Pd50Fe50/CNT catalyst to adjust the alloy structure. The results show that the ORR half-wave potential of PdFe / CNT catalyst increases by 4.6-fold (0.81Vvs.RHE) after superlattice structure transformation. In addition, the superlattice PdFe/CNT catalyst exhibits excellent methanol resistance and is a highly selective ORR catalyst. Finally, Pt rich PdFePt/CNT ternary catalysts were prepared by surface-atomic substitution of PD _ (75) Fe _ (25) / CNT catalyst. The results show that the Pt loading capacity of the prepared catalyst is only 7.05 wt. but the activity and stability of ORR are superior to those of commercial 20Pt / C, the initial potential and half-wave potential in acidic medium are 0.948 V and 0.861 V, respectively, which are 9 MV and 20 MV higher than commercial Pt/C. On the other hand, the electronic charge transfer and strain effect between PdFeN Pt modified the electronic structure of surface Pt atoms, which improved the adsorption intensity of Pt-0 in the ORR process. Thus, the ORR reaction was accelerated.
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：O643.36;TM911.4

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 丁春麗,莊源益,谷文新;芳香烴清潔硝化催化劑[J];化工環(huán)保;2004年05期

2 錢慧娟;鈣催化劑負(fù)載步驟對(duì)蒸汽氣化過程改性李殼活性炭多孔結(jié)構(gòu)的影響[J];林產(chǎn)化工通訊;1999年06期

3 魏昭彬,趙秀閣,辛勤;雙組分過渡金屬氮化物催化劑Ⅱ.催化性能[J];催化學(xué)報(bào);2000年04期

4 張阿方;聚合物支載的有機(jī)催化劑 Ⅱ.手性有機(jī)催化劑[J];高分子通報(bào);2005年06期

5 陳鵬;彭峰;;納米金催化劑的研究進(jìn)展[J];工業(yè)催化;2009年04期

6 陸耘，陳移山，符若文，曾漢民;以活性碳纖維為載體的催化劑對(duì)NO的催化還原作用──二．鎳系催化劑[J];離子交換與吸附;1994年01期

7 李桂花,王洪義,李銘岫;甲基丙烯醛氧化酯化制甲基丙烯酸甲酯催化劑的制備與應(yīng)用[J];應(yīng)用化學(xué);2005年07期

8 陸耘，陳移山，符若文，，曾漢民;以活性碳纖維為載體的催化劑對(duì)NO的催化還原作用──一．銅系催化劑[J];離子交換與吸附;1994年01期

9 王瑩;侯黨社;韓麗萍;馬紅竹;;釩改性催化劑的制備及表征[J];價(jià)值工程;2012年33期

10 松本英之;沈松源;;水蒸汽轉(zhuǎn)化催化劑的劣化和壽命預(yù)測(cè)[J];北京化工學(xué)院學(xué)報(bào);1980年02期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 雷金化;李棟梁;周光遠(yuǎn);;多孔聚合物微球在烯烴催化劑負(fù)載中的應(yīng)用[A];中國化學(xué)會(huì)第十二屆全國應(yīng)用化學(xué)年會(huì)論文集[C];2011年

2 王京剛;王悅;康靜娜;尹世磊;;BaZrO_3催化劑的制備及負(fù)載后催化氧化NO的研究[A];2013中國環(huán)境科學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集（第五卷）[C];2013年

3 趙育榕;車春霞;譚都平;;LY-C_2-02催化劑催化性能綜合分析[A];第十一屆全國青年催化學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（上）[C];2007年

4 趙育榕;譚都平;景喜林;車春霞;;LY-C_2-02催化劑催化性能綜合分析[A];甘肅省化學(xué)會(huì)第二十五屆年會(huì)、第七屆甘肅省中學(xué)化學(xué)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)交流會(huì)論文集[C];2007年

5 張思華;王亞明;繆應(yīng)菊;史曉杰;;非貴金屬銅系催化劑上氧化CO的研究進(jìn)展[A];第五屆全國工業(yè)催化技術(shù)與應(yīng)用年會(huì)論文集（下冊(cè)）[C];2008年

6 唐博;呂仁慶;項(xiàng)壽鶴;;納米Pd/Al_2O_3催化劑的表征及其應(yīng)用[A];中國化工學(xué)會(huì)2003年石油化工學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2003年

7 羅鴿;閆世潤;喬明華;范康年;;載體對(duì)RuSnB催化劑乳酸乙酯加氫制1,2-丙二醇性能的影響[A];中國化工學(xué)會(huì)2005年石油化工學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2005年

8 呂高明;陳獻(xiàn);湯吉海;崔咪芬;喬旭;;氯化氫氧化Ce-Cu-K/Y催化劑負(fù)載量對(duì)活性的影響及表征分析[A];第六屆全國工業(yè)催化技術(shù)及應(yīng)用年會(huì)論文集[C];2009年

9 黃傳敬;金燕仙;伊?xí)詵|;翁維正;萬惠霖;;VTeO/SiO_2催化劑的激光拉曼和紫外-可見漫反射光譜研究[A];全國第13屆分子光譜學(xué)術(shù)報(bào)告會(huì)論文集[C];2004年

10 李玉龍;王剛;王斯晗;陳謙;張德順;張寶軍;;α-雙亞胺Ni(Ⅱ)催化劑的聚合反應(yīng)研究[A];2007年全國高分子學(xué)術(shù)論文報(bào)告會(huì)論文摘要集（上冊(cè)）[C];2007年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 張成麗;新型多孔碳基復(fù)合材料的制備及其在能源環(huán)境中的應(yīng)用[D];復(fù)旦大學(xué);2013年

2 張明宇;CO_2加氫合成甲醇Cu-Zn-Zr-O催化劑研究[D];昆明理工大學(xué);2015年

3 田新龍;基于過渡金屬氮化物氧還原催化劑的制備及其氧還原性能研究[D];華南理工大學(xué);2016年

4 寧小媚;氮摻雜納米碳負(fù)載Pt催化劑的結(jié)構(gòu)調(diào)控與催化氧化性能研究[D];華南理工大學(xué);2016年

5 田斐;可見光分解水制氫催化劑ZnIn_2S_4的改性及其Z型體系構(gòu)建研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2016年

6 代勝瑜;鏈行走催化劑在烯烴聚合和共聚中的應(yīng)用[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2016年

7 劉昭;配體修飾對(duì)Ru-bda型催化劑催化水氧化機(jī)理影響的研究[D];大連理工大學(xué);2015年

8 雷宏;高效Cu/ZnO催化劑的制備及其應(yīng)用[D];浙江大學(xué);2017年

9 湯明慧;多孔碳氮材料負(fù)載的納米金屬催化劑在芳環(huán)選擇性加氫反應(yīng)中的應(yīng)用研究[D];浙江大學(xué);2017年

10 趙敏;金屬卟啉、雜多酸仿生框架催化劑的設(shè)計(jì)合成與性質(zhì)[D];浙江大學(xué);2017年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 江曉;炭載鈀基催化劑的制備及氧還原性能研究[D];北京化工大學(xué);2017年

2 簡思平;MIL-101負(fù)載納米金屬催化劑的合成及其催化加氫應(yīng)用[D];華南理工大學(xué);2015年

3 劉廣環(huán);鐵系復(fù)合氧化物的制備及其在DMC合成中的應(yīng)用[D];河北聯(lián)合大學(xué);2014年

4 譚方關(guān);超臨界甲醇中磁性催化劑液化木質(zhì)素試驗(yàn)研究[D];昆明理工大學(xué);2015年

5 史冉冉;堿性直接甲醇燃料電池陽極催化劑電化學(xué)制備及性能研究[D];鄭州大學(xué);2015年

6 肖春瑩;Cr/Na-ZSM-5催化劑的制備及其性能的研究[D];大連交通大學(xué);2015年

7 王歡;CH_4在Ni/MgAl_2O_4催化劑表面吸附及反應(yīng)的理論研究[D];山東大學(xué);2015年

8 華杰鋒;吸附相反應(yīng)技術(shù)制備CuO-MgO/SiO_2催化劑及其低溫液相合成氣制甲醇催化性能[D];浙江大學(xué);2015年

9 侯曉雪;MgO和CeO_2對(duì)Ni/olivine催化劑蒸氣轉(zhuǎn)化甲苯的催化性能的影響研究[D];鄭州大學(xué);2015年

10 翟慶輝;雜多酸（鹽）催化劑催化苯直接羥基化[D];聊城大學(xué);2015年

本文編號(hào)：2181113