提高直接甲酸燃料电池阳极Pd催化剂性能的方法及机理研究

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1、学位论文独创性声明本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果。本论文中除引文外，所有实验、数据和有关材料均是真实的。本论文中除引文和致谢的内容外，不包含其他人或其它机构已经发表或撰写过的研究成果。其他同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了声明并表示了谢意。学位论文作者躲罗业荔日期．删又叉7学位论文使用授权声明研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属南京师范大学。学校有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容，可以采用影印、复印等手段保存、汇编本学位论文。学校可以向国家

2、有关机关或机构送交论文的电子和纸质文档，允许论文被查阅和借阅。(保密论文在解密后遵守此规定)保密论文注释：本学位论文属于保密论文，密级：——保密期限为——年。指导教师签名：／铲∥日期：矽I；。s．矽摘要近年来，由于甲酸具有无毒、不易燃、安全以及高能量密度等优点而备受人们关注。直接甲酸燃料电池(DFAFC)相对于直接甲醇燃料电池(DMFC)而言，具有许多优点而更具有应用前景。以Pd催化剂作DFAFC的阳极催化剂的电催化性能要比Pt催化剂好很多，但是Pd催化剂对甲酸氧化的电催化稳定性比较差。因此，研究能够提高Pd催化剂稳定性的改进方法及其机理是非常有

3、意义的。本论文研究了在制备催化剂过程中，在Pd纳米粒子表面引入阴阳离子后对甲酸电催化性能的影响及形成不同比例的Pd基合金催化剂的方式来探究影响Pd催化剂对甲酸氧化的电催化性能的因素及机理。本论文的主要研究结果如下：1．不同比例的Pd．Au合金催化剂对甲酸的电催化性能的影响及机理探讨本章采用液相还原法合成了三种原子比的Pd-Au合金、碳载Pd(Pd／C)和碳载Au(Au／C)催化剂。结果表明：无论何种比例的Pd．Au合金与Pd／C催化剂相比，对甲酸氧化的电催化活性和稳定性均有明显提高。其原因除了Pd和Au形成合金后可以有效减弱Pd的溶解以外，还与其

4、抗毒化能力增强和能有效抑制甲酸自分解有关。但不同比例的Pd-Au合金对甲酸的电催化氧化活性也不同，适量的Au的加入可以使催化剂对甲酸的电催化性能达到最佳。实验表明：当Pd与Au原子个数比为7．5：1时，Pd．Au催化剂对甲酸氧化的电催化性能最好。2．THF溶剂作用法制得的Pd／C催化剂对甲酸氧化的电催化性能本章通过四氢呋喃(THF)法制备了Pd／C催化剂，并利用各种方法对催化剂的粒径、形貌、结构进行了分析。研究表明，用THF溶剂制得的Pd／C催化剂对甲酸氧化的电催化性能比普通液相还原法制得的要好很多。这与其Pd纳米粒子在C载体上良好的分散性、较强

5、的抗CO毒化能力，特别是具有较高的Pd“含量而能抑制甲酸自分解等因素有关。3．表面吸附有Pd2+的Pd／C催化剂对甲酸电催化性能的促进作用本章比较了置于甲酸中浸泡前后的Pd／C催化剂以及表面吸附有Pd2+的Pd／C催化剂对甲酸氧化的电催化活性和稳定性。研究表明：P彬C催化剂在0．5mol·L‘1H2S04+O．5tool·L。1HCOOH的酸性电解液中扫描或浸泡过程中有部分Pd溶解。在含Pd2十的电解液中浸泡后的Pd／C催化剂，其对甲酸的电催化活性和稳定性均有较明显的提高。其原因可能有：(1)pd2+可能会有效抑制Pd溶解；(2)一些pd2+会吸

6、附在Pd纳米粒子表面而增加表面粗糙度；(3)pd2+的存在可以有效地促进甲酸氧化的中间产物CO氧化为C02；(4)在．0．2V至0．8V电位下，pd2+被还原为Pd单质，不断产生新的活性位点，减弱了P们催化剂的钝化程度。摘要4．吸附有A1F63"阴离子的Pd／C催化剂对甲酸电催化性能的提高本章用在Pd纳米粒子表面吸附AlF63"无机阴离子和THF络合的方式制备Pd／C催化剂。结果显示：Pd纳米粒子表面吸附有A1F63‘阴离子，而不存在T耶小分子。在THF溶剂化效应及砧F63。吸附的作用下，制得的Pd／C催化剂对甲酸氧化的电催化性能比普通液相还原法

7、要好很多。这与其具有较高的Pd“含量、Pd纳米粒子在C载体上良好的分散性、较强的抗CO毒化能力和抑制甲酸自分解等因素有关。关键词：直接甲酸燃料电池，Pd催化剂，甲酸氧化，电催化稳定性，甲酸自分解IIAbstractInrecentyears，formicacidispaidmuchattentiontobecauseofitscharacteristicsofnon-toxic，non-flammable，safe，highenergydensityandSOon．Therefore，directformicacidfuelcell(DFAFC)

8、hasmuchmoreadvantagesthanthatofdirectmethanolfuelcell(DMFC)andhasave