Pd基催化剂在硼氢化钠电氧化反应中的电化学行为研究

摘要

直接硼氢化钠燃料电池（DBFC）作为一种新型的化学电源，具有燃料易储存与运输、无阳极催化剂的CO中毒现象、理论开路电压高、较高的功率密度和工作温度低等优点，受到了研究人员的广泛关注。DBFC在便携式电源领域有着广阔的应用前景，然而要实现其商业实用化还需进一步的深入研究。如何开发设计高催化活性、低成本和高选择性的阳极催化剂，从而提高NaBH4电氧化反应动力学速度，同时降低水解反应程度，是DBFC阳极催化剂研究的主要目标，也是实现DBFC商业化的关键问题。针对DBFC存在的问题，本论文制备了不同原子比的Pd-Ag/C和Pd-Fe/C催化剂，并研究了它们在硼氢化钠电氧化反应中的电化学行为。主要研究内容如下：
　　1.采用化学还原法制备了Pd/C催化剂，并通过循环伏安和计时电流法分别研究了扫描速度、电解液的组成、温度、载体及催化剂制备方法对硼氢化钠在Pd/C上的电化学行为的影响，结果表明它们对硼氢化钠电氧化反应动力学速度和反应机理均有不同程度的影响。
　　2.室温下采用化学还原法分别制备了Pd/C、Pd67Ag33/C、Pd50Ag50/C和Pd33Ag67/C催化剂，并考察了它们对硼氢化钠电氧化反应行为的影响。研究结果表明适量Ag的掺杂可以有效降低催化剂的成本，并且具有较高的催化活性和转移电子数，有利于燃料效率的提高。同时所制备的催化剂金属纳米颗粒均匀地分散在载体碳黑的表面，金属Ag进入到Pd的晶格中与Pd形成了合金，使得Pd的晶体结构发生了变化，并且晶粒尺寸和PdOads含量是影响催化剂活性的重要因素。
　　3.在80℃下采用化学还原法分别制备了Pd/C、Pd67Fe33/C、Pd50Fe50/C、Pd33Fe67/C、Fe/C催化剂。研究结果表明在硼氢化钠电氧化反应中Pd-Fe/C单位质量Pd的峰电流均显著高于Pd/C，其中Pd33Fe67/C催化剂的活性和稳定性都较高，适量Fe的掺杂有利于表观转移电子数的提高。所制备的Pd-Fe/C催化剂中有一定量的Fe3O4，Pd33Fe67/C催化剂金属纳米颗粒均匀地分散在载体碳黑表面，它含有Pd、Fe、O和C四种元素，其中Fe与Pd的原子比为2.02:1，该比例与实验时的投料比基本吻合，其中Pd主要以零价态存在。

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第一章 绪论

1.1引言

1.2燃料电池

1.3直接硼氢化钠燃料电池

1.4研究内容及意义

第二章 实验材料与研究方法

2.1实验试剂和仪器

2.2催化剂电化学性能测试

2.3催化剂物理性能表征

第三章 Pd/C的制备及其在硼氢化钠电氧化反应中的电化学行为研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3结果与讨论

3.4本章小结

第四章 Pd-Ag/C的制备及其在硼氢化钠电氧化反应中的电化学行为研究

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3结果与讨论

4.4 本章小结

第五章 碳载Pd-Fe复合物的制备及其在硼氢化钠电氧化反应中的电化学行为研究

5.1 引言

5.2 实验部分

5.3结果与讨论

5.4 本章小结

第六章 结论

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢