【摘 要】
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近年来,直接乙醇燃料电池(DEFC)因其潜在的能量和功率密度大而被广泛关注。阳极催化剂是决定DEFC性能和成本的关键因素。相比于Pt基催化剂,Pd基催化剂因其相对较低的价格和碱性
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近年来,直接乙醇燃料电池(DEFC)因其潜在的能量和功率密度大而被广泛关注。阳极催化剂是决定DEFC性能和成本的关键因素。相比于Pt基催化剂,Pd基催化剂因其相对较低的价格和碱性介质中较高电催化活性而被广泛研究。然而,催化剂的活性和稳定却仍然不能满足商业需求。调节催化剂的形貌和电子结构是改善催化剂的催化性能比较有效的策略。除此之外,将催化剂锚定在合适的载体上可以提高催化剂的稳定性和利用率以及增强催化剂的活性。层状双氢氧化物(LDH)因其典型的层状结构和优异的物理化学性能而成为理想的催化剂载体材料。基于此,本文采用LDH作为载体,制备了负载型Pd基催化剂,并对它们电催化氧化乙醇的性能进行了研究。主要取得下列成果:(1)采用溶剂热法,制备出三维花状NiAl-LDH,并以此为载体,采用简单的电沉积法,制备Pd基催化剂。实验中的Ni:Al投料比以及所加入尿素的含量对合成的NiAl-LDH结构与形貌有着重要的影响。而电化学表征结果显示,Pd与Au合金化以及载体NiAl-LDH对提高Pd基催化剂电催化氧化乙醇性能有积极的影响。(2)通过尿素水解法制备了NiMgAl-LDH,并以此为载体,在常温搅拌条件下,通过改变前驱体和还原剂的添加顺序,成功制备了负载于NiMgAl-LDH层状表面的Pd基纳米线催化剂。所制备的AuPd NWs/LDH催化剂在碱性电解质中对乙醇电催化氧化展现了相对最高的催化活性(2927 mA mgPd-1),而AgPd NWs/LDH和CuPd NWs/LDH虽然催化性能稍逊些,但却具有较好的抗中毒能力。(3)采用炭黑与NiMgAl-LDH复合的方式解决了层状双氢氧化物导电性不足的缺点。成功制备了负载于层状双氢氧化物与炭黑复合材料表面的AuPd NWs催化剂。炭黑不仅提高了层状双氢氧化物的导电性,而且炭黑的引入促进了NiMgAl-LDH纳米片形成单分散的卡房式结构,使之更有利于纳米线催化剂的负载。NiMgAl-LDH与AuPd合金之间以及Au与Pd元素之间存在强电子相互作用,而此强相互作用有利于OH自由基的吸收以及CO中间体的氧化,从而有利于提高催化活性和抗中毒能力。所制备的AuPd NWs/LDH/CB催化剂在碱性电解质中对乙醇电催化氧化展现了优异的催化活性(7090 mA mgPd-1)。
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