直接甲醇燃料电池阴极氧还原Pd基电催化剂的研究

摘要

电催化剂是直接甲醇燃料电池（DMFCs）的关键材料之一，其对DMFCs的性能、稳定性、使用寿命等具有非常重要的意义。对于DMFCs阴极来说，开发低成本耐甲醇氧化的氧还原电催化剂具有重要的理论意义和应用价值。 本文采用乙二醇为还原剂、氢还原后处理方法，制备了Pd/C和PdCo/C电催化剂。X射线衍射（XRD）和旋转圆盘技术（RDE）的表征结果表明，乙二醇还原法不能很好的将过渡金属Co还原出来，但是从贵金属Pd的比质量活性来看，PdCo/C电催化剂的氧还原活性高于Pd/C电催化剂的，说明过渡金属Co的引入可以提高。Pd/C电催化剂的氧还原活性。采用硼氢化钠为还原剂制备了一系列的PdCo/C合金电催化剂，考察了不同的还原气氛、不同的络合剂以及不同的Pd和Co原子比对制备的PdCo/C电催化剂氧还原活性的影响。XRD和RDE结果表明，在氮气气氛下，采用氨水为络合剂制备的Pd和Co原子比为3：1的PdCo/C电催化剂具有较高的氧还原活性和较好的耐甲醇性能。利用硼氢化钠为还原剂，先还原Co后还原Pd制备了PdCo/C电催化剂，与共还原制备的PdCo/C电催化剂进行比较。结果表明，分步还原制备的PdCo/C电催化剂具有更小且分布均匀的粒径，不仅表现出了更高的氧还原活性，而且表现出了良好的耐甲醇性能。可能原因是分步还原制备实现了贵金属Pd在催化剂表面的富集，利用了过渡金属Co加入引起的晶格效应的同时避免了催化剂表面的Co带来的表面配体效应。利用分步还原制备的PdCo/C电催化剂组装DMFC单电池，放电结果表明其最大功率密度达到了96mW/c㎡，略低于商品Pt/C电催化剂的102 mW/c㎡，并且在稳定性测试中表现出了较好的稳定性。

目录

文摘

英文文摘

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第一章 绪论

1.1直接甲醇燃料电池

1.1.1直接甲醇燃料电池的工作原理

1.1.2 DMFC极化特性分析

1.1.3直接甲醇燃料电池所面临的问题挑战

1.2直接甲醇燃料电池阴阳极反应机理

1.2.1阳极甲醇氧化反应机理

1.2.2阴极氧还原反应机理

1.3直接甲醇燃料电池阴阳极电催化剂

1.3.1阳极甲醇氧化反应电催化剂

1.3.2阴极氧还原反应催化剂

1.4直接甲醇燃料电池电催化剂的制备方法

1.4.1浸渍法

1.4.2胶体法

1.4.3微乳液法

1.4.4电沉积法

1.4.5保护剂法

1.5直接甲醇燃料电池的载体研究

1.6本论文的工作思路及主要内容

第二章 实验部分

2.1试剂和药品

2.2催化剂的制备的仪器设备

2.3电催化剂的制备

2.4催化剂的表征

2.4.1多晶X射线衍射技术(X-ray Diffraction，XRD)

2.4.2透射电镜表征(Transmission Electron Microscope，TEM)

2.4.3元素分析(Energy Disperse Spectroscopy，EDS)

2.4.4催化剂的电化学表征

第三章 Pd／C和PdCo／C氧还原电催化剂的制备探索

3.1引言

3.2实验部分

3.3结果与讨论

3.3.1乙二醇还原法制备Pd／C和PdCo／C电催化剂的结果与讨论

3.2.2硼氢化钠还原法制备Pd／C和PdCo／C电催化剂的结果与讨论

3.4本章小结

第四章 PdCo／C氧还原电催化剂的结构优化

4.1引言

4.2实验部分

4.3实验结果与讨论

4.3.1不同还原顺序的PdCo／C电催化剂的物性表征

4.3.2不同还原顺序的PdCo／C电催化剂的电化学表征结果

4.3.3 PdCo／-S电催化剂的单池性能表征

4.4本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致 谢