本文選題：直接甲酸燃料電池　切入點：鈀基催化劑　出處：《齊魯工業(yè)大學》2015年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：在最近幾十年,具有眾多優(yōu)點的直接甲酸燃料電池(DFAFC)在全球范圍內日益受到關注和重視,許多研究者為提升DFAFC的陽極鈀催化劑的電催化性能做出了許多努力。催化劑的電催化性能和催化劑的結構特征、合金組成和載體結構與材料性質等因素有關。本論文從篩選合適的二元鈀基合金催化劑和改進催化劑的載體兩方面入手來提高DFAFC的陽極電催化劑的催化性能。我們制備了活性碳負載的Pd-Cr、石墨烯負載的Pd催化劑以及玻璃碳基底和Au超微電極上負載的Pd納米結構,并探索討論了它們在甲酸的電催化氧化方面的性能；用X-射線衍射光譜(XRD)、原子力顯微鏡光譜(AFM)、X-射線光電子能譜(XPS)、掃描電子顯微鏡(SEM)和透射電子顯微鏡(TEM)等方法對催化劑進行了表征；采用循環(huán)伏安法(CV),線性掃描法(LSV),計時電流法(CA)等電化學檢測方法,測試了各催化劑對甲酸電催化氧化的活性和穩(wěn)定性。本論文的主要研究內容如下：1.研究了不同原子比的碳載Pd-Cr合金催化劑對甲酸的電催化氧化性能：采用化學還原法,以NaHB4為還原劑制備了不同組分的PdxCr1-x/C (0.6x1)催化劑,并對各催化劑進行了表征和電化學測試。結果表明在鈀鉻合金中鉻的摩爾百分含量占10-40%的時候(即Pd:Cr原子數目比從9:1變化到6:4的整個范圍內)比純Pd對甲酸氧化的催化效果要好,其中以鉻的摩爾百分含量約為20%(即Pd:Cr的原子數目比為8:2)時催化效果最好。2.研究了石墨烯負載的Pd (Pd/Graphene)催化劑對甲酸的電催化氧化：首先以改進的Hummers法液相氧化合成氧化石墨烯,然后以NaHB4為還原劑,采用一步還原法制得Pd/Graphene催化劑,并對Pd/Graphene催化劑進行了物理表征和電化學測試。由XRD和TEM可知Pd/Graphene催化劑中Pd納米粒子的平均直徑為3.8 nm。由XPS圖譜可知Pd/Graphene催化劑中Pd 3d2/5電子結合能正移了1.6 eV,這說明Pd 3d電子云密度降低了。電化學測試結果表明Pd/Graphene催化劑對甲酸的氧化峰電位較之于Pd/C催化劑負移了150 mV；且在Pd/Graphene催化劑電極上,甲酸氧化的峰電流密度較高、穩(wěn)定性較好。這一方面是由于Pd納米粒子尺寸較小,另一方面是由于石墨烯在還原過程中保留了部分含氧基團,這使得催化劑具有較好的親水性,從而使反應能更好的進行。3.研究了玻璃碳負載的Pd納米結構和超微電極上負載Pd納米結構的電氧化行為：采用電沉積的方法分別在玻璃碳和超微電極上電沉積金屬鈀納米粒子,并研究它們對甲酸及水合肼的電催化氧化效果。
[Abstract]:In recent decades, DFAFC-based direct formic acid fuel cells (DFAFCs), which have many advantages, have attracted more and more attention all over the world. Many researchers have made great efforts to improve the electrocatalytic performance of DFAFC anode palladium catalysts. The composition of alloy and the structure of support are related to the properties of materials. In this paper, we improve the catalytic performance of DFAFC anodic electrocatalysts by screening suitable binary palladium based alloy catalysts and improving the support of catalysts. We prepared Pd-Cr-supported Pd-Cr, graphene supported PD catalysts and PD nanostructures supported on glass-carbon substrates and au ultraelectrodes. Their properties in the electrocatalytic oxidation of formic acid were also discussed. The catalysts were characterized by means of X-ray diffraction (XRD), atomic force microscopy (AFM), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscope (TEM). Electrochemical detection methods such as cyclic voltammetry, linear scanning method, chronoamperometric method and chronoamperometric method were used. The activity and stability of various catalysts for the electrocatalytic oxidation of formic acid were tested. The main contents of this thesis are as follows: 1. The electrocatalytic oxidation of formic acid over carbon-supported Pd-Cr alloy catalysts with different atomic ratios was studied. PdxCr1-x/C _ (0.6 x _ 1) catalyst with different components was prepared by using NaHB4 as reducing agent. The results showed that when the molar percentage of chromium in palladium chromium alloy was 10-40% (that is, the ratio of Pd:Cr atom number changed from 9:1 to 6:4), the oxidation of formic acid by pure PD was higher than that of pure PD. The catalytic effect is good, The best catalytic effect was obtained when the molar percent content of chromium was about 20% (that is, the atomic number ratio of Pd:Cr is 8: 2). The electrocatalytic oxidation of formic acid on graphene supported PD / Graphene catalyst was studied. Firstly, graphene oxide was synthesized by liquid phase oxidation of graphene by improved Hummers method. Then Pd/Graphene catalyst was prepared by one-step reduction with NaHB4 as reductant. The average diameter of PD nanoparticles in Pd/Graphene catalyst was 3.8 nm by XRD and TEM, and the electron binding energy of PD 3d2/5 in Pd/Graphene catalyst was found to be 1.6 EV by XPS spectra. The electron cloud density of PD 3D decreased. The electrochemical results showed that the peak potential of oxidation of formic acid on Pd/Graphene catalyst shifted by 150mV compared with that of Pd/C catalyst, and on the electrode of Pd/Graphene catalyst, The peak current density of formic acid oxidation is higher and the stability is better. This is due to the smaller size of PD nanoparticles and the retention of some oxygen-containing groups in the reduction process of graphene, which makes the catalyst have good hydrophilicity. The electrooxidation behavior of glassy carbon supported PD nanostructures and PD nanostructures loaded on ultramicro electrodes was studied by electrodeposition of palladium nanoparticles on glass carbon and ultramicro electrodes, respectively. The electrocatalytic oxidation of formic acid and hydrazine hydrate was studied.
【學位授予單位】：齊魯工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：O643.36;TM911.4

【共引文獻】

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本文編號：1650544