论文部分内容阅读
直接醇类燃料电池(DAFC)是以小分子醇类为燃料、直接将化学能转化为电能的装置。它具有能量转化效率高、燃料来源丰富、储运方便、成本低廉等优点,是理想的便携式电源。为提高碱性介质中多壁碳纳米管(MWCNT)负载Pd基催化剂对醇类电氧化反应的催化活性及抗中毒能力,本文采用乙二醇还原法制备了Pd/MWCNT催化剂,并引入过渡金属进行改性,制备了PdM/MWCNT(M=Ni、Mo、Ce)二元催化剂。采用透射电子显微镜(TEM)、X-射线光电子能谱(XPS)及差热分析(DTA)等手段对催化剂的形貌、组成及结构进行表征。以循环伏安法(CV)、线性扫描伏安法(LSV)、电化学阻抗谱(EIS)及计时电流法(CA)等电化学方法考察了催化剂在醇类电氧化反应中的催化活性及抗中毒能力。主要研究结果如下:(1)采用乙二醇还原法制备了Pd/MWCNT催化剂与PdNi/MWCNT催化剂,结果表明添加Ni后的催化剂在载体表面分散更均匀,平均粒径为2.34nm。PdNi/MWCNT催化剂中Ni主要以Ni(OH)2和NiOOH形式存在,在碱性溶液中对甲醇的电催化氧化表现出较高的活性。(2)通过PdM/MWCNT(M=Mo、Ce)催化剂的优化实验,发现Mo、Ce纳米粒子的添加有助于提高催化剂的催化能力,且当Pd:Mo=1:0.2、Pd:Ce=1:0.1时,350℃焙烧制得的PdMo/MWCNT、PdCe/MWCNT催化剂分别对甲醇、乙醇的电催化氧化活性较为突出,抗CO中毒能力较强。(3)通过对助催化剂钼、铈化合物的焙烧,发现随着温度的升高,金属氧化物的生成量增多,能为催化剂提供较丰富的含氧物种,促进中间产物的继续氧化,从而提高催化剂的抗中毒能力;但焙烧温度过高,会引起催化剂的导电能力下降,甚至破坏碳纳米管载体的结构,使催化剂失效。(4)通过比较优化后的PdMo/MWCNT与PdCe/MWCNT催化剂,发现PdMo/MWCNT催化剂的粒径较小,在载体表面上具有较好的分散性。电化学测试表明,在碱性溶液中,PdMo/MWCNT对甲醇电氧化反应具有较高的活性及抗中毒能力;对于乙醇电氧化反应,PdMo/MWCNT显示出较高的活性,PdCe/MWCNT则表现出较好抗中毒能力。