直接甲醇燃料電池非鉑催化劑的制備及其性能研究.pdf

1、隨著人類社會(huì)的進(jìn)步，人們對(duì)能源和環(huán)境問題有了更深入的認(rèn)識(shí)，環(huán)保新能源已成為世界各國能源發(fā)展戰(zhàn)略的核心。直接甲醇燃料電池(DMFC)因具有高效、低污染、燃料易獲取儲(chǔ)存和運(yùn)輸?shù)葍?yōu)勢而成為開發(fā)與研究的熱點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于汽車、飛機(jī)、航天、航海等領(lǐng)域。但在燃料電池的實(shí)際應(yīng)用中電池成本過高，能量轉(zhuǎn)化效率偏低等問題一直困擾著燃料電池的商業(yè)化運(yùn)用。其根本原因則在于現(xiàn)有條件下電催化劑價(jià)格昂貴且效率不高，因此研制廉價(jià)高效催化劑具有重要意義。本論文采用鈀、銀

2、等金屬鹽作為前驅(qū)化合物，通過PVP保護(hù)的方法將相應(yīng)金屬負(fù)載于Vulcan XC-72活性碳表面，制備負(fù)載型的納米催化劑以達(dá)到提高金屬的反應(yīng)接觸面積從而提高單位質(zhì)量金屬的利用效率并降低成本。
　　首先，采用以XC-72活性炭為載體，用堿(NaOH、氨水)調(diào)節(jié)溶液的酸堿性，用NaBH4作還原劑制備Pd/C催化劑，篩選制作催化劑的最佳配方。通過透射電鏡(TEM)，X-射線衍射(XRD)及原子吸收光譜法(AAS)，對(duì)催化劑的結(jié)構(gòu)、形貌及金

3、屬的實(shí)際負(fù)載量進(jìn)行表征，并通過循環(huán)伏安法(CV)測試其電化學(xué)活性，從不同角度分析比較Pd/C催化劑的活性。結(jié)果顯示，堿的添加對(duì)提高了鈀的負(fù)載量，而弱堿氨水的效果要優(yōu)于強(qiáng)堿氫氧化鈉;而在相同體系下，3ml氨水為最佳使用量。測試結(jié)果還顯示，氨水的添加不但提高了金屬鈀的負(fù)載量，還改善了金屬鈀納米顆粒的分散程度及其粒徑，其中以3ml氨水條件下的催化劑金屬顆粒最小，分散程度最均勻。在添加3ml氨水的條件下，發(fā)現(xiàn)不同的還原劑添加量也會(huì)影響到鈀的粒徑

4、及分散程度。實(shí)驗(yàn)表明，在其他條件相同的情況下，投加160倍硼氫化鈉所制備的催化劑顯示了最好的性能。最后得出，在該實(shí)驗(yàn)條件下的催化劑的最佳配方為，在反應(yīng)溶液為200ml的條件下，加入PVP1，252g，PdC120.02g，160倍硼氫化鈉，3ml1mol/L氨水。
　　此外，本論文還研究了炭載銀催化劑的制備及其電催化活性。由于銀在元素周期表中與鈀同周期并在相鄰主族，故與鈀具有相似性。更為重要的是銀與鈀相比具有極大的價(jià)格優(yōu)勢，因此對(duì)

5、于Ag作為陽極催化性能的研究是非常有必要的。本研究分別采用加40倍、80倍、160倍硼氫化鈉制備Ag/C催化劑，通過透射電鏡(TEM)，X-射線衍射(XRD)及原子吸收光譜法(AAS)，對(duì)催化劑的結(jié)構(gòu)、形貌及金屬的實(shí)際負(fù)載量進(jìn)行表征，并通過循環(huán)伏安法(CV)測試其電化學(xué)活性，從不同角度分析比較Ag/C催化劑的活性。研究結(jié)果表明，隨著加入還原劑量的增加。催化活性逐漸升高。研究還發(fā)現(xiàn)，加入不同量的還原劑并未影響催化劑的負(fù)載量，而影響到了金屬

6、顆粒的大小和分散性。結(jié)果表明在160倍硼氫化鈉條件下制備的Ag/C催化劑中銀納米粒子粒徑均勻，分散性較好，電化學(xué)性最高。但是，相比單金屬鈀納米催化劑，銀的粒徑較大導(dǎo)致其催化活性不如Pd/C催化劑。
　　關(guān)于Pd/C和Ag/C催化劑的研究中發(fā)現(xiàn)，Pd與Ag的催化特征各有千秋。若綜合兩者優(yōu)勢，有可能會(huì)獲得更為理想的催化劑。為此本論文在此前的研究基礎(chǔ)上以Vulcan XC-72為載體通過溶膠法制備了炭載Pd-Ag雙金屬納米催化劑。加入N

7、aOH調(diào)節(jié)溶液的酸堿性，并通過改變硼氫化鈉的添加量控制晶體生長。本研究分別在40倍、80倍、160倍硼氫化鈉條件下制備Pd-Ag/C催化劑樣品，通過透射電鏡(TEM)，X-射線衍射(XRD)及原子吸收光譜法(AAS)，對(duì)催化劑的結(jié)構(gòu)、形貌及金屬的實(shí)際負(fù)載量進(jìn)行表征，并通過循環(huán)伏安法(CV)測試其電化學(xué)活性，從不同角度分析比較Pd-Ag/C催化劑的活性。研究結(jié)果顯示，在80倍硼氫化鈉的條件下制備的催化劑不但具有良好的催化性能，且抗中毒性能