直接甲酸燃料电池阳级Pd催化剂电催化稳定性不好的机理分析及改进方法

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近来,由于直接甲酸燃料电池(DFAFC)的许多优点而受到越来越广泛的关注。但是有两个显著的技术难关限制其进一步发展:其一是阳极Pd催化剂对甲酸氧化的电催化稳定性不好,其二是Pd催化剂能催化燃料甲酸分解。所以本文创新性地将两者结合起来研究,采用以下四种方法既提高了Pd催化剂对甲酸氧化的电催化稳定性又抑制了Pd催化剂催化甲酸分解:  1.乙二胺四甲叉膦酸修饰炭载Pd催化剂对甲酸氧化的电催化性能  采用常温浸泡的方法制备了乙二胺四甲叉瞵酸(EDTMP)修饰的炭载Pd催化剂(Pd/C-E)。发现Pd/C-E催化剂对甲酸氧化的电催化活性和稳定性都远远优于Pd/C催化剂,这是因为Pd/C催化剂上EDTMP的修饰抑制了甲酸的自分解从而减少了CO的毒化作用,并且吸附的EDTMP又通过集团效应抑制了甲酸氧化的CO途径,从而降低了CO在催化剂上的吸附量。  2.不同比例的炭载Pd-Cu催化剂对甲酸氧化的电催化性能的影响  通过简单的液相还原法制备了合金化程度较高的Pd-Cu/C催化剂,发现不同比例的Pd-Cu/C催化剂既对甲酸的氧化有较好的电催化活性和稳定性,又能降低其催化甲酸分解的速率。随着Pd/C、Pd7Cu1/C、Pd5Cu1/C、Pd3Cu1/C催化剂中Cu含量的增加,其催化甲酸分解的速率均有规律地降低,既提高了原料甲酸的利用率又减少了分解产物CO的毒化作用,因此各催化剂对甲酸氧化的电催化活性和稳定性均有规律地提高。虽然Pd3Cu1/C和Pd1Cu1/C均不催化甲酸分解,但由于Pd1Cu1/C催化剂中合金表面富集更多的Cu以及PdO和CuO含量较高,反而降低了其对甲酸氧化的电催化活性和稳定性。因而Pd3Cu1/C催化剂对甲酸氧化有最好的电催化活性和稳定性,作为DFAFC的阳极催化剂有较大的应用前景。  3.水浴浸泡法制备硅钨酸修饰的炭载Pd催化剂及其对甲酸氧化的电催化性能  采用水浴浸泡的方法制备了硅钨酸(SiWA)修饰的炭载Pd催化剂(Pd/C-SiWA)。发现Pd/C-SiWA催化剂对甲酸氧化的电催化活性和稳定性都远远优于Pd/C催化剂,这是因为Pd/C催化剂上SiWA的修饰抑制了甲酸的自分解从而减少了CO的毒化作用,并且吸附的SiWA能有效降低CO在催化剂上的吸附强度和吸附量。  4.磷钨酸修饰活性炭作为高效的复合载体载Pd催化剂对甲酸氧化的电催化性能  通过水浴浸泡的方法成功地制备了磷钨酸(PWA)修饰的活性炭,进而以其作为高效的复合载体通过普通的液相还原法制备了Pd-PWA/C催化剂。发现Pd-PWA/C催化剂对甲酸氧化的电催化活性和稳定性都远远优于Pd/C催化剂,这主要归结于Pd与PWA/C复合载体之间发生了强烈作用,既能抑制甲酸的自分解从而减少CO的毒化作用,又能有效降低CO在催化剂上的吸附强度和吸附量。
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