论文部分内容阅读
直接乙醇燃料电池(DEFC)具有能量密度高、能量转换效率高、绿色无污染和可持续再生等优点,拥有广阔的应用前景。然而,催化剂活性不足及成本较高阻碍了 DEFC的商业化。因此,制备出催化活性高、价格低廉的催化剂是实现DEFC商业化的关键。本课题从催化剂组成和结构两个方面入手开展研究:在催化剂元素方面,引入了储量丰富、助催化性能优越的Ni作为Pd催化剂的助催化金属,提高催化剂的催化活性;在催化剂结构方面,构建中空多孔结构用来增加催化剂的电化学活性面积。最终通过模板法和电化学置换法合成了具有不同Pd/Ni比例的中空多孔H-PdNi催化剂,并详细研究了 H-PdNi催化剂对乙醇的电催化活性。在成功合成H-PdNi催化剂的基础上,为了改进催化剂活性,以Ti02微球为载体,利用电化学置换和原位还原相结合的方法,成功制备了双壳层PdNi/Ti02催化剂。对制得的H-PdNi和PdNi/TiO2催化剂进行了扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、能谱分析(EDX)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)等一系列表征,并利用循环伏安法(CV)和计时电流法(CP)研究催化剂的活性和抗中毒能力。主要研究成果如下:(1)通过模板法和电化学置换相结合的方法,以Si02为模板成功合成了具有中空多孔结构的H-PdNi催化剂。控制Pd前驱体的量,制备了不同Pd/Ni比例的中空多孔H-PdNi催化剂。在碱性乙醇溶液中,通过循环伏安法(CV)和计时电流法(CP)表征中空多孔H-PdNi催化剂电催化性能,并与商用Pd/C(JM)催化剂进行比较。实验数据表明,H-PdNi催化剂对乙醇氧化反应(EOR)的活性高于商用Pd/C(JM)催化剂。在所有的H-PdNi催化剂中,H-PdNi3.1催化剂的峰电流密度约为Pd/C(JM)催化剂的4倍,具有良好的应用前景。(2)在成功制备中空多孔H-PdNi催化剂制备的基础上,为了改进PdNi催化剂的抗中毒能力,以Ti02为载体合成了核壳结构的PdNi/TiO2催化剂。首先以Au纳米粒子为种子,通过种子生长法制备Ni纳米粒子,然后通过电化学置换和原位还原相结合的方法在Ni纳米粒子表面成长Pd,最终形成PdNi/Ti02催化剂。通过CV和CP表征PdNi/TiO2对EOR的电催化性能。扫描结果表明,PdNi/TiO2催化剂对EOR的催化活性和稳定性均高于Pd/C(JM)催化剂。此外,CP结果还表明,PdNi/TiO2催化剂的抗中毒能力要高于H-PdNi催化剂。