还原法制备PD-NI/C阳极催化剂及其性能研究

摘要

直接乙醇燃料电池(DEFC)采用乙醇作为燃料，乙醇来源广泛，可由生物质发酵制得，是一种可再生的能源，同时DEFC在体积、能量密度及工作环境方面较其他燃料电池有着明显的优势，已经引起了研究者的广泛关注。电催化剂是燃料电池的关键材料之一，现在使用最为广泛的是碳载铂基(Pt/C)催化剂，然而由于该类催化剂价格昂贵且资源匮乏严重制约了燃料电池的推广。因此，开发出新型的价格低廉、高催化性能及高稳定性的催化剂成为当今研究焦点。钯(Pd)在自然界含量较Pt更为丰富，在碱性介质中对乙醇氧化反应表现出更高的电催化剂活性，本论文利用浸渍共还原法制备出Pd基阳极催化剂，主要考察了活性炭预处理、金属前驱体加入顺序对Pd-Ni/C合金催化剂的性能的影响。
　　结果表明，通过利用HNO3溶液对XC-72活性炭进行预处理，可以增加活性炭的孔层结构，增人活性炭的比表面积，提高催化剂的负载量，在电化学测试中负载在预处理过活性炭上的催化剂能够表现出更高的催化性能，循环伏安测试的乙醇氧化峰值是未处理活性炭为载体催化剂的2.04倍。通过用异丙醇为溶剂，柠檬酸钠为稳定剂和NaBH4为还原剂制备出PdNi催化剂，经过物理及电化学表征，发现该实验方案可以很好的合成出粒径可达3nm左右催化剂，并在碱性环境下的电催化性能测试中表现出高的乙醇催化氧化活性和稳定性。另外利用分步还原法制备出Pdcore-Nishell/C和Nicore-Pdshell/C催化剂，可以实现活性炭上催化剂的高负载量和更小的粒径尺寸，并具有更加高的抗毒化能力。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 燃料电池

1．1．1 燃料电池简介

1．1．2 燃料电池工作原理及分类

1．1．3 燃料电池的结构构成

1．1．4 燃料电池的优点

1．2 燃料电池催化剂制备方法

1．2．1 浸渍-液相还原法

1．2．2 微乳液法

1．2．3 溶胶-凝胶法

1．2．4 电化学沉积法

1．2．5 气相沉积法

1．2．6 微波法

1．3 直接乙醇燃料电池研究进展

1．3．1 直接乙醇燃料电池简介

1．3．2 直接乙醇燃料电池乙醇氧化机理

1．4 几种常见阳极催化剂简介

1．4．1 Pt基催化剂

1．4．2 Pd基催化剂

1．4．3 非贵金属催化剂

1．5 直接乙醇燃料电池阳极催化剂研究现状

1．6 本论文的主要研究目的及内容

1．6．1 本论文的研究目的和意义

1．6．2 本论文的研究思路与具体内容

第二章 实验材料与实验方法

2．1 实验试剂与材料

2．2 实验仪器

2．3 表征与测试方法

2．3．1 X射线光电子能谱实验(XPS)

2．3．2 X-射线衍射实验(XRD)

2．3．3 透射电子显微镜(TEM)

2．3．4 循环伏安法

2．3．5 计时电流法

第三章 还原法制备Pd-Ni／C阳极催化剂及修饰

3．1 引言

3．2 Valcan XC-72预处理

3．3 CeO2纳米粒子的制备

3．3．1 Pd2Ni3／C(未处理过的活性炭)催化剂制备

3．3．2 Pd2Ni3／C(预处理过的活性炭)催化剂制备

3．3．3 添加CeO2纳米粒子的Pd2Ni3／C(预处理过的活性炭)催化剂制备

3．3．4 Pdccre-Nishell／C及Nicore-Pdshell／C催化剂制备

3．4 不同Pd2Ni3／C催化剂的电化学性能表征

3．4．1 玻炭电极的预处理

3．4．2 电极催化层的制备

3．4．3 电化学实验装置

3．4．4 循环伏安和计时电流测试步骤

第四章 共还原法制备Pd-Ni／C阳极催化剂表征

4．1 循环伏安测试

4．2 乙醇浓度对循环伏安的影响

4．3 活性炭预处理对催化剂的影响

4．3．1 循环伏安测试

4．3．2 XRD测试

4．3．3 TEM测试

4．4 CeO2对催化剂的影响

4．5 小结

第五章 分步还原法制备Pd-Ni／C阳极催化剂与共还原法的比较

5．1 催化剂的结构表征

5．1．1 XPS测试

5．1．2 XRD测试

5．1．3 TEM测试

5．2 催化剂的电催化性能

5．2．1 循环伏安测试

5．2．2 计时电流测试

5．3 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