稀土—钯基催化剂对于甲醇在碱性条件下电氧化的催化性能研究

【摘要】本研究制备直接甲醇燃料电池阳极催化剂,通过采用不同稀土的修饰和对催化剂载体的功能化,提高Pd基催化剂在碱性条件下对甲醇的电氧化性能；通过X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)、电感耦合等离子体发射光谱(ICP-AES)等对催化剂的结构、形貌和组分进行表征；采用循环伏安(CV)、计时电流(CA)、线性扫描(LSV)和CO溶出伏安法研究了催化剂在碱性条件下的电化学性能。采用NaBH4还原的方法制备了不同比例的Pd-Tb/C催化剂。XRD和TEM结果表明Pd-Tb纳米粒子可以很均匀的分散在炭黑上。电化学测试结果表明：和20%Pd/C催化剂相比,20%Pd-1％Tb/C催化剂在碱性条件下对甲醇具有更高的催化活性,但是Tb的作用不能解释为双功能机理。根据XPS结果表明额外加入的Tb增加了零价Pd的含量而使催化剂的催化活性增加。通过ICP-AES,可以测得Pd和Tb的含量分别为19.43%和0.9360%。采用NaBH4还原和热处理的方法制备了Pd-Y/C的双金属催化剂。通过结构和形貌表征,结果表明纳米粒子可以很均匀的分散在炭黑载体上。电化学测试CV、CA和CO溶出伏安法表明：和20%Pd/C催化剂相比,20%Pd-5.0%Y/C催化剂在碱性条件下对甲醇的电氧化具有高的催化活性和稳定性,并且加入的Y能够促进移除吸附的CO,这种促进作用可以用双功能机理解释。用NaBH4还原的方法制备出含有少量La203的20%Pd-3.0%La2O3/C催化剂。XRD和TEM对其结构和形貌进行了表征。电化学测试CV.CA和CO溶出伏安法表明：和20%Pd/C催化剂相比,20%Pd-3.0%La2O3/C在碱性条件下对甲醇的电氧化具有更好的催化活性和稳定性,但是La203的作用不能解释为双功能机理。XPS分析表明加入的La203增加了零价Pd的含量而使催化剂具有好的催化活性。基于20%Pd-1%Tb/C的好的催化活性,制备了负载在活化的碳纳米管上的20%Pd-1%Tb/aCNTs的催化剂。和20%Pd-1%Tb/C催化剂相比,Pd-Tb的粒子在载体上发生了团聚,是由于活化的碳纳米管比较疏水；电化学测试结果表明20%Pd-1%Tb/aCNTs催化剂对甲醇的催化活性降低了,是由于纳米粒子的团聚造成的。用PDDA功能化aCNTs以后,制备的20%Pd-1％Tb/CNTs-PDDA的催化剂比20%Pd-1％Tb/C催化剂呈现了好的催化活性,这是由于PDDA的存在使纳米粒子具有好的分散性并且增加了催化剂中Pd(0)的含量。
【作者】王丽；
【导师】杨云裳；李安；王毅；
【作者基本信息】兰州理工大学，化学工程，2014，硕士
【关键词】直接甲醇燃料电池；阳极催化剂；稀土；催化剂载体；功能化；

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