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近年来发展起来的直接甲醇燃料电池(DMFC)由于其燃料来源丰富、价格便宜、运输和储存较安全的优点而受到广泛重视。然而,阴极催化剂的低催化活性等问题限制了DMFC的实际应用。为了提高催化剂的活性和利用率,防止阳极渗透中甲醇的中毒,本论文通过浸渍还原法和超声保护剂法,分别制得高分散性、超微粒Pd/C以及Pd-M/C合金催化剂,利用XRD、TEM技术研究了不同方法制得的Pt粒子大小、结晶度,并借助于电化学方法评价了它们对甲醇氧化的电催化活性和稳定性。主要结果如下:
(1)利用浸渍还原法,制得了含Pd量为20%的Pd/C以及Pd-M/C合金催化剂通过在0.5 mol·L-1的甲醇和硫酸溶液中的的循环伏安和对氧还原活性的表征,Pd/C催化剂相比Pt/C催化剂有着更好的耐甲醇性能。掺杂金属Cu改性Pd/C,Pd-Cu/C催化剂为面心立方结构,元素铜的加入使催化剂的Pd-Pd间距缩小,从而-HO2ads和O-O键能更好地吸附在催化剂金属表面,使催化剂具有最优良的电化学活性。催化剂中Pd与Cu的物质的量比与预设值相近,Pd和Cu基本被全部还原;当采用NaBH4为还原剂,络合剂与催化剂的物质量比为1:1时,催化剂(Pd3Cu/C)的平均粒径为3.4nm,催化剂的电化学性能最好。
(2)利用超声保护剂还原法,合成了产生分布范围很窄(3-4 nm范围),结晶度小,Pd3Cu/C催化剂粒子。通过ORR对氧还原的电化学性能测试,超声还原法制备的Pd3Cu/C催化剂对氧的催化活性更高,这可能由于粒径在载体中分散更加均匀所致。通过循环伏安法和ORR对氧还原的电化学性能测试对比自制Pd3Cu/C催化剂与商用催化剂的Pt/C(商用催化剂)的电化学性能:Pd3Cu/C催化剂的电化学表面积与催化剂的动力学电流为,略低于商用催化剂Pt/C,并且具有耐甲醇性能,具有良好的前景。