本文關(guān)鍵詞：堿性直接醇類燃料電池Pd基陽極催化劑的制備及性能研究

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【摘要】：堿性直接醇類燃料電池(Alkaline Direct Alcohols Fuel Cell, ADAFC)因其具有高能量密度、環(huán)境友好等特點受到了研究者的廣泛關(guān)注。傳統(tǒng)的堿性直接醇類燃料電池陽極催化劑存在成本高昂、催化活性不高、電化學穩(wěn)定性差等問題。因此，設(shè)計使用低成本、高催化活性、高穩(wěn)定性的催化劑成為了堿性直接醇類燃料電池的研究熱點。本研究針對以上問題，設(shè)計和制備了具有高催化活性和高穩(wěn)定性的非鉑Pd基催化劑，并對堿性介質(zhì)中Pd基催化劑表面醇類氧化反應(yīng)過程開展了基礎(chǔ)研究工作。 優(yōu)化了Au@Pd納米核殼催化劑的制備工藝，Au@Pd外殼前驅(qū)體加量、外殼金屬及金屬配比等關(guān)鍵因素對催化劑性能的影響。分析了三相相轉(zhuǎn)移法制備過程中中間相和還原劑等關(guān)鍵因素對催化劑形貌和性能的影響；研究Au@Pd納米核殼催化劑在堿性介質(zhì)中對甲醇氧化反應(yīng)的催化活性，對其催化活性提高機制進行分析；實驗結(jié)果表明，中間相和還原劑會影響Pd前驅(qū)體在還原過程中的反應(yīng)速率，進而影響Au@Pd顆粒的形貌和催化活性。具有核殼結(jié)構(gòu)的Au@Pd催化劑的催化活性和穩(wěn)定性遠遠高于傳統(tǒng)的純Pd催化劑，其內(nèi)核Au顆粒與外殼Pd金屬之間的電子相互作用是Au@Pd催化劑催化活性和穩(wěn)定性提高的主要原因。 為了進一步降低催化劑的成本，利用熱分解法制備了均勻分散的納米尺度的CeO2顆粒，并將其作為核殼結(jié)構(gòu)催化劑內(nèi)核，利用三相相轉(zhuǎn)移法制備了Pd納米顆粒環(huán)繞CeO2納米顆粒的結(jié)構(gòu)的Pd-around-CeO2納米結(jié)構(gòu)復(fù)合催化劑。催化劑性能測試結(jié)果表明：該催化劑在堿性介質(zhì)中對乙醇氧化反應(yīng)的催化活性較傳統(tǒng)的Pd/CeO2/C和Pd/C有1.8和5.8倍的提高(CA測試)。乙醛溶出曲線和XPS結(jié)果表明：催化劑性能的提高是由于Pd與CeO2之間存在著強烈的相互作用，并提出了這種Pd與CeO2納米顆粒之間存在的“雙效提升機理”。 為了進一步提升氧化物與Pd之間的相互作用，利用并發(fā)展了熱分解法制備氧化物納米顆粒的技術(shù)工藝，成功的制備具有納米尺寸的球形的均勻分散的Ni摻雜CeO2納米顆粒；在堿性介質(zhì)中研究了Ni摻雜CeO2納米顆粒對Pd催化劑的助催化效應(yīng)。催化劑性能測試結(jié)果表明：Ni摻雜CeO2納米顆粒在堿性介質(zhì)乙醇氧化反應(yīng)中對Pd催化劑都具有明顯的助催化效應(yīng)。相比Pd/CeO2/C和Pd/C催化劑，Pd/Ni-CeO2/C催化劑具有更高的乙醇氧化反應(yīng)催化活性，CeO2納米顆粒經(jīng)過Ni摻雜后釋放活性氧能力的明顯提高是Pd/Ni-CeO2/C催化劑性能提高的主要原因。為了進一步提高摻雜氧化物的助催化性能和催化劑的穩(wěn)定性，利用溶劑熱 法制備了具有一維樹枝狀納米線結(jié)構(gòu)的Pd摻雜CeO2樹枝狀納米線，，并以包碳后的樹枝狀納米線為載體制備了Pd/C@Pd-CeO2NWs催化劑。研究了Pd摻雜量、反應(yīng)時間、硝酸添加量等關(guān)鍵因素對制備Pd摻雜CeO2樹枝狀納米線結(jié)構(gòu)的形貌影響，并提出Pd摻雜CeO2樹枝狀納米線在溶劑熱環(huán)境中的形成機制；以包碳后的一維Pd摻雜CeO2樹枝狀納米線為載體，利用微波乙二醇還原法成功制備了Pd/C@Pd-CeO2NWs催化劑，該催化劑在堿性介質(zhì)中具有很高的乙醇氧化反應(yīng)催化活性和穩(wěn)定性；研究發(fā)現(xiàn)，Pd的摻雜能夠大大的提高CeO2釋放/儲存氧能力，提高CeO2助催化效率，這是Pd/C@Pd-CeO2NWs催化劑電催化活性提升的原因；催化劑一維樹枝狀納米線CeO2載體具有極高的耐腐蝕性能，這是該催化劑具有高穩(wěn)定性的重要原因。
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TM911.4;O643.36

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前5條

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本文編號：1149313