Pt基及Pd基催化剂的制备及其对葡萄糖电催化氧化性能研究

摘要

葡萄糖是自然界中最丰富的单糖，有较高的理论能量值，被完全氧化可释放约2870kJ/mol的能量，从中获得有用的化学能转化为电能是一种很好的选择，故被广泛的应用于工业生产。贵金属Pt、Pd是最为常见的直接燃料电池的阳极催化剂材料，然而Pt、 Pd基催化剂存在易中毒、利用率低、成本高等缺点。本论文通过向贵金属Pt、Pd中添加过渡金属制备二元合金催化剂，然后对载体进行改性的方法，来提高催化剂的催化性能、增强其抗CO中毒性能，并降低其使用成本。我们系统的研究了所制备的催化剂在葡萄糖直接燃料电池（DGCE）中的应用。通过XRD、TEM、XPS以及多种电化学测试手段对所制备的催化剂的结构及活性稳定性进行了表征和测试。其具体研究内容概括如下：
　　1.通过乙二醇浸渍还原方法向Pt催化剂中添加第二种金属Sn制备一系列Pt-Sn/C催化剂。通过控制Pt量、溶液pH和Pt/Sn原子比等条件制备不同的催化剂探究它们对葡萄糖电催化氧化能力的大小。结果表明，在Pt的负载量为5％、溶液pH=9以及Pt/Sn原子比为3时催化剂的催化性能最好。
　　2.在以上条件下，添加Ni、Co两种过渡金属，同样采用乙二醇浸渍还原法制备Pt-M/C催化剂，对比不同金属对催化剂催化性能的影响，对比发现Pt3Sn1/C＞Pt3Ni1/C＞Pt3Co1/C＞Pt/C；本小节实验在此基础上又采用壳聚糖（CHI）对载体进行改性制备CHI不同负载量的Pt3Sn1/C-CHI。结果表明：壳聚糖修饰量为1%时，催化剂催化性能较好；继续向Pt/C-CHI催化剂中添加第二金属Ni、Co，得出Pt3Sn1/C-CHI＞Pt3Co1/C-CHI＞Pt3Ni1/C-CHI＞Pt3Sn1/C＞Pt/C-CHI＞Pt/C。
　　3.通过硼氢化钠还原法制备Pd-Co/C二元金属催化剂，通过改变Pd负载量、溶液pH及Pd/Co原子比，寻找催化剂催化葡萄糖氧化的规律。结果表明催化剂在Pd负载量为5%，溶液pH=9，Pd/Co原子比为3时表现出较好的催化性能；同时XRD、TEM、XPS及ESCA等结果表明：第二金属Co的加入减小了Pd2+浓度，增加了Pd0百分含量，提高了Pd的分散度与电化学活性表面积，从而提高了Pd的利用率及其催化性能。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 直接燃料电池的分类

1.1.1 直接甲醇燃料电池（DFMC）

1.1.2 直接乙醇燃料电池（DEFC）

1.1.3 直接葡萄糖燃料电池（DGFC）

1.2 直接葡萄糖燃料电池的阳极催化剂

1.2.1 Pt基催化剂的研究进展

1.2.2 Pd基催化剂的研究进展

1.2.3 非Pt、Pd催化剂的研究

1.2.4 DGCE催化剂载体的研究进展

1.2.5 DGCE研究中的主要问题

1.3 论文构思

第二章 炭黑负载PtSn催化剂对葡萄糖电催化性能研究

2.1 实验部分

2.1.1 催化剂的制备

2.1.2 催化剂的表征

2.1.3 催化剂的电化学评价

2.2 结果与讨论

2.2.1 不同负载量的PtSn/C催化剂对葡萄糖氧化的电化学测试

2.2.2 不同原子摩尔比的PtSn/C催化剂对葡萄糖氧化的电化学测试

2.2.3 不同溶液pH下催化剂对葡萄糖的电化学测试

2.2.4 Pt/C与Pt3Sn1/C两种催化剂对葡萄糖电催化氧化性能的对比

2.3 小 结

第三章 壳聚糖修饰炭黑载体负载Pt基催化剂对葡萄糖电催化氧化的性能研究

3.1 实验部分

3.1.1 催化剂的制备

3.1.2 催化剂的表征

3.1.3 催化剂电化学测试

3.2 结果与讨论

3.2.1 Pt-M/C催化剂对葡萄糖的电催化氧化

3.2.2 壳聚糖负载量对PtSn/C催化剂催化性能的影响

3.2.3 Pt-M/CHI-C催化剂对葡萄糖的氧化性能影响

3.2.4 对比Pt/C、Pt3Sn1/C及 Pt3Sn1/C-CHI催化剂对葡萄糖的氧化性能影响

3.3 小 结

第四章 炭黑负载Pd-Co/C催化剂对葡萄糖的电催化性能研究

4.1 实验部分

4.1.1 催化剂制备

4.1.2 催化剂的性能表征

4.1.3 电化学性能测试

4.2 结果与讨论

4.2.1 不同负载量的Pd3Co1/C催化剂对葡萄糖氧化的电化学性能影响

4.2.2 不同原子摩尔比的PdCo/C对葡萄糖氧化的电化学性能影响

4.2.3 不同溶液pH值时Pd3Co1/C催化剂对葡萄糖氧化的电化学测试

4.2.4 对比Pd/C、 Co/C与Pd3Co1/C催化剂对葡萄糖的氧化性能影响

4.2.5 催化剂表征

4.3 小结

第五章 结 论

参考文献

致谢

作者简介

攻读学位期间发表的学术论文