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直接甲酸燃料电池阳极催化剂研究

王小明  
【摘要】: 阳极催化剂研制是直接甲酸燃料电池研究中最具挑战性的任务之一。本论文主要从催化剂的制备方法、载体和助剂三个方面对进行了系统的研究。 1.改进的液相还原法制备Pd/C催化剂:稳定剂的筛选和稳定剂对催化剂结构的影响。(1)根据纳米粒子合成过程中稳定剂的作用机理和已知报道的稳定剂,我们筛选CyDTA作为合成Pd/C催化剂的稳定剂。实验结果表明CyDTA是一种非常优秀的稳定剂,合成的炭黑负载的Pd纳米粒子粒径小、分散好,催化活性也得到大幅提升。(2)在此基础上,我们系统研究了稳定剂对炭黑负载的Pd纳米粒子的粒径、分散程度和分散位置的影响。结果表明(a)较大位阻的稳定剂,有利于更小的Pd纳米粒子的形成;(b)稳定剂与Pd2+的螯合,可避免Pd纳米粒子在炭黑表面的团聚;(c)较大的位阻和螯合物的形成共同作用,可以减轻Pd纳米粒子在碳黑微孔内的沉积,从而提高其利用率。 2.TiO2作为Pd纳米粒子的载体:TiO2晶型的影响和相关问题的改善。(1)首先,我们研究了TiO2作为载体,其晶型对Pd纳米粒子催化氧化甲酸性能的影响。结果表明,金红石TiO2更适合作为Pd纳米粒子的载体。(2)对于金红石TiO2载体导电性差的问题,我们提出采用化学气相沉积法进行炭修饰的方法加以改进。结果表明,这种措施是非常有效的,炭修饰的金红石TiO2负载的Pd纳米粒子的催化氧化甲酸活性和稳定性都得到大幅提升。 3.Pd/C催化剂的助剂:Co掺杂的影响和助剂溶出问题改善。(1)首先,我们系统的研究了Co掺杂对Pd/C催化剂催化氧化甲酸性能的影响,结果表明少量的Co掺杂能显著提升Pd/C催化氧化甲酸性能。(2)对于助剂(例如Fe)溶出问题,我们提出采用它的碳化物(FexC)替代的方法加以改善。实验结果表明FexC的使用也能明显提高Pt/C催化剂的催化活性和稳定性,同时避免了Fe溶出的问题。 对于以上三个方面的工作,我们利用多种表征手段,从催化剂性质、结构的角度给出了合理的解释和讨论。


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