碳納米管為載體的鈀基催化劑的設(shè)計(jì)合成及其對乙醇電催化性能影響的研究.pdf

1、作為一種新的能源，燃料電池因其具有高效性和環(huán)境友好性，逐漸成為安全可靠的能源裝置。但是由于貴金屬催化劑的高價(jià)格，致使燃料電池的商業(yè)化應(yīng)用進(jìn)程受阻。如何降低貴金屬的用量或者提高貴金屬的利用率成為目前研究的焦點(diǎn)。另一方面，高效的催化劑還需有合適的載體，相應(yīng)地，具有良好的導(dǎo)電性和熱穩(wěn)定性及高的比表面積的碳納米管成為科研上青睞的催化劑載體。
　　本論文的研究策略是：依據(jù)化學(xué)基本原理選擇適當(dāng)添加劑，在添加劑的作用下，可控合成粒徑小、比表面積

2、大、不同形貌的鈀及鈀基合金等納米催化劑，主要有納米Pd顆粒、納米Pd-Co合金空殼和負(fù)載在SnO2納米棒上的Pd-Cu合金空殼等。通過高倍透射電子顯微鏡(HR-TEM)、傅里葉變換紅外光譜(FTIR)、X射線粉末衍射(XRD)、場發(fā)射掃描電子顯微鏡(FE-SEM)、X射線光電子能譜(XPS)、熱重(TGA)分析等表征分析技術(shù)和循環(huán)伏安法(CV)、計(jì)時(shí)電流法等性能分析測試技術(shù)，分別表征了催化劑的形貌結(jié)構(gòu)及研究了催化活性和穩(wěn)定性，并討論了合

3、成機(jī)理和催化本質(zhì)。本論文主要研究內(nèi)容如下：
　　1、介紹了直接乙醇燃料電池的相關(guān)知識內(nèi)容和制備燃料電池催化劑的方法及催化劑的研究進(jìn)展和最新成果。
　　2、以二苯基磷丙烷為添加劑，以碳納米管為載體，采用常溫還原法，可控制備出粒徑為2.5 nm左右的Pd催化劑。通過對其進(jìn)行物理性質(zhì)表征和電催化氧化性能測試，發(fā)現(xiàn)在添加劑存在的條件下合成的催化劑活性比表面可達(dá)32.7m2g-1Pd，電流密度為102.2 mA·cm-2，是未加添加劑

4、合成的催化劑的1.6倍，并且穩(wěn)定性也有所提高。說明合適的添力口劑可以起到調(diào)節(jié)催化劑顆粒大小和分散性的作用，從而提高了催化劑的電催化性能。
　　3、以十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)為添加劑、表面活性劑和模板，乙二醇(EG)為溶劑和還原劑，碳納米管為載體，采用軟模板法溶解熱合成100 nm左右的Pd-Co空殼催化劑，粒徑分布均勻，比表面積可達(dá)66.51 m2/g，是同等條件下合成的非空殼催化劑的2倍多。它們對乙醇氧化反應(yīng)表現(xiàn)出較高的

5、電催化活性和穩(wěn)定性，電流密度可達(dá)212 mA·cm-2，約是非空殼催化劑的1.8倍。即采用軟模板法也是一種提高催化劑利用率的有效方法。
　　4、在葡萄糖的水溶液中，以二氯化錫SnCl2.5H2O為原料采用溶劑熱合成棒狀二氧化錫，以谷氨酸為添加劑，乙二醇為分散劑和還原劑，合成二氧化錫負(fù)載的Pd-Cu球形空殼催化劑，催化劑粒徑大約是100 mn，并且粒徑分布均勻，比表面積為43.97 m2/g，是非二氧化錫負(fù)載的催化劑的1.4倍。以碳