直接液体燃料电池阴阳极催化剂的制备及性能研究

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直接液体燃料电池(DLFC)是一种转换效率很高的绿色能源,近年来受到越来越多的关注。催化剂是DLFC的重要组成部分,开发性能好成本低的催化剂对DFLC的商业化具有重要意义。为此,本论文开展了以下工作:(1)为探究界面对甲酸盐和乙醇电氧化反应活性及稳定性的影响,首先利用Sn(OH)2的还原作用沉积Pd,利用OH对Ce3+富集实现Ce O2在Sn(OH)4表面沉积,在Sn O2表面构筑Pd/Ce O2界面,并经能量色散X射线谱(EDS)和X射线光电子能谱(XPS)证实。电化学结果表明,Ce O2与Pd形成界面且不影响Pd的电化学活性面积,说明导电性差的金属氧化物也可通过本方法与贵金属构筑界面。利用循环伏安法和计时电流法进一步比较了Pd/Ce O2和Pd/Sn O2界面对甲酸盐和乙醇电氧化催化行为。结果表明,Pd/Ce O2比Pd/Sn O2活性更高,原因或为Pd/Ce O2界面可抑制CO类中毒产物吸附。(2)为进一步提高Pd/Ce O2界面对甲酸盐电氧化的活性,首先探究了Ni(OH)2与Na2Pd Cl4之间的化学反应,XRD表征证明其产物为Pd O;其次探究了Ni(OH)2与Ce3+之间的化学反应,反应后溶液颜色表明Ce3+可将Ni(OH)2中的Ni2+置换出来。用Ni(OH)2与Na2Pd Cl4和Ce3+之间的化学反应制备了Pd/Ni/CNTs和Pd/Ce O2(Ni)/CNTs催化剂。电化学表征结果表明,Ni的加入使催化剂对甲酸盐电氧化活性提高,同时Ce O2的加入提高了Ni的活性,使催化剂的活性和稳定性整体提高。(3)为进一步开发直接液体燃料电池阴极催化剂,以石墨烯和掺N石墨烯为载体,制备了Ag基催化剂。首先通过电化学法剥离石墨制备石墨烯(Gs)和掺N石墨烯(GNs)。高倍率透射电镜(HRTEM)和拉曼光谱表征结果说明Gs为少层石墨烯,红外光谱(IR)表征结果说明在阳极制得的Gs含氧基团增加。通过弱还原剂HCOONa还原Ag NO3制得Ag/Gs和Ag/GNs催化剂。电化学测试发现,Gs和GNs对氧还原反应(ORR)均有活性,相比于Ag/Gs,Ag/GNs对ORR的催化活性更高。
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