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直接醇类燃料电池(DAFC)具有环境友好、能量密度高、价格适中以及安全性好等特点,具有极其广阔的应用前景。然而,就目前的研究现状而言,Pt／C催化剂存在的一些问题极大地阻碍了其商业化。首先,贵金属Pt的高价位极大地抬高了直接醇类燃料电池的造价。其次,阳极铂基催化剂容易被燃料氧化过程中的中间产物毒化,降低了催化活性；而在阴极铂催化剂会因为醇类透过交换膜造成了混合电位,降低了燃料电池的开路电压与效率。因此,目前人们的研究方向主要集中在减少贵金属Pt的使用和提高催化剂催化性能两个方面。其中,替代贵金属Pt而采用其他价格较低的金属作为催化剂,以及采用引入其他金属的方法提高催化剂的催化性能,被证明是比较有效的途径,因而成为了当下的研究热点。
本论文使用微波乙二醇络合一步还原法制备了碳载银(Ag／C)、碳载钯(Pd／C)、碳载钯银(PdAg／C)双金属以及碳载钯银(Pd-Ag／C)合金纳米粒子电催化剂,并对其结构、形貌以及电化学催化氧气还原和甲醇氧化进行了表征。获得的主要结果如下:
1、以银氨溶液为银源,分别以酸化炭黑和原始未酸化炭黑作为载体制备了预负载率为33％的Ag／C单金属催化剂。物性测试表明催化剂中的Ag纳米粒子为面心立方结构,酸化炭黑表面负载Ag颗粒粒径均匀,分散性好,而非酸化炭黑上的Ag颗粒粒径大小不均匀,有团聚现象。电化学测试表明Ag／C催化剂具有较好的氧气还原反应催化活性,而对于甲醇氧化基本没有催化活性。
2、分别使用氨水、EDTA和NaCl作为络合剂,制备了预负载量为33％的Pd／C单金属催化剂。物性测试表明催化剂中的Pd为fcc结构,以EDTA为络合剂制备的Pd／C催化剂金属粒径较小,分散均匀。电化学测试表明EDTA作为络合剂制备的Pd／C对氧气还原和甲醇氧化反应的催化活性较好。
3、分别使用氨水、EDTA和NaCl作为络合剂,制备了总金属预负载量为33％的AgPd／C碳载双金属催化剂。物性表征显示,两种金属分别负载在炭黑基体上,且以EDTA为络合剂制备的PdAg／C催化剂金属粒径较小,分散均匀。电化学测试结果显示以EDTA作为络合剂制备的Pd:Ag=1:1的AgPd／C双金属催化剂催化氧气还原和甲醇氧化的活性最好。
4、使用NaCl作为络合剂,在pH=8.5的体系中制备了总金属预负载量为33％的Ag-Pd／C碳载合金纳米粒子催化剂,测试显示pH值对合金化结构的形成有决定性作用。物性表征证实了催化剂的合金结构,且制备的Pd-Ag／C催化剂金属粒径较小,分散均匀,并且催化氧气还原和甲醇氧化的活性优于Ag／C、Pd／C和PdAg／C。另外,对比不同Pd:Ag比的Ag-Pd／C催化剂,电化学测试表明Pd:Ag比为1:1的Ag-Pd／C合金纳米粒子催化剂催化氧气还原和甲醇氧化的活性最好。