肼在Pd催化剂上的电催化氧化

论文摘要

直接肼燃料电池（direct hydrazine fuel cell, DHFC）具有燃料易运输与储存、重量轻、体积小、能量效率高、不易毒化等优点,因而具有广阔应用前景。本文采用循环伏安法等电化学测试方法系统地研究碳载Pd催化剂在强酸性条件下对水合肼电催化氧化的催化机理和性能,为构建酸性肼燃料电池和设计碳载Pd催化剂型的肼电化学提供一定的理论依据。得到的主要结果如下：1.比较了未氧化处理与经浓硝酸或混酸（浓硫酸与浓硝酸体积比为1：1）处理后的不同多壁碳纳米管（MWNTs）为载体的Pd催化剂（Pd/MWNTs）对水合肼氧化的电催化性能。光谱表征和电化学测试结果表明,MWNTs表面不修饰或修饰程度过大都不利于金属Pd纳米粒子的沉积。浓硝酸处理使MWNTs表面修饰的含氧基团适中,能够促进负载的Pd纳米粒子均一分布,因此提高Pd/MWNTs催化剂对水合肼的电催化性能。相反,混酸处理使MWNTs表面产生的含氧基团过多,导致金属Pd纳米粒子部分聚集,从而降低Pd/MWNTs催化剂对水合肼的电催化性能。2.通过简单的络合-还原反应方法,成功制备出Pd/MWNTs催化剂。电化学测试表明,在pH范围为0.4到12之间,溶液pH对肼在Pd/MWNTs催化剂上的电催化氧化有很大影响。总体来说,肼氧化峰电流随着溶液pH的增加而减少。以Pd/MWNTs-Nafion修饰电极为基础的电化学传感器,在0.5 M H2SO4溶液中对肼浓度检测具有良好线性结果（检测浓度为2.5μmol/L到700μmol/L）,检测限为1.0μmol/L。3.通过络合-还原反应和预沉淀-还原反应分别制备Pd/MWNTs催化剂。XRD和TEM测试表明,通过预沉淀-还原反应制备的催化剂中负载的Pd纳米粒子粒径较小,且负载具有较高的均一性。电化学测试表明,通过预沉淀-还原反应制备的催化剂对肼的电催化氧化具有更好的活性和稳定性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 直接肼燃料电池
• 1.1.1 肼简介
• 1.1.2 直接肼燃料电池的工作原理
• 1.2 肼燃料电池的优势
• 1.3 国内外肼燃料电池的研究情况
• 1.4 肼燃料电池催化剂选择
• 1.4.1 Ag催化剂
• 1.4.2 Au催化剂
• 1.4.3 Pt催化剂
• 1.4.4 Pd催化剂
• 1.5 碳纳米管
• 1.5.1 碳纳米管的结构和分类
• 1.5.2 碳纳米管的制备
• 1.5.3 碳纳米管的纯化方法
• 1.5.4 碳纳米管的性能
• 1.5.5 碳纳米管的功能化方法
• 1.5.6 碳纳米管的应用
• 1.6 电催化剂的制备
• 1.7 本论文的工作思路及主要研究内容
• 第二章 碳纳米管表面修饰程度对其载Pd纳米粒子的电催化氧化水合肼性能的影响
• 2.1 前言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 试剂和仪器
• 2.2.2 Pd/WNTs催化剂的制备
• 2.2.3 工作电极制备和电化学性能测试
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 MWNTs的结构表征
• 2.3.2 碳管的氧化方式对碳管表面性质的影响
• 2.3.3 催化剂的物理化学表征
• 2.3.4 Pd/MWNTs催化剂的电化学性能
• 2.4 结论
• 第三章 碳载Pd催化剂在强酸性条件下对肼的电催化氧化
• 3.1 前言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 试剂和仪器
• 3.2.2 Pd/MWNTs催化剂的制备
• 3.2.3 工作电极制备和电化学性能测试
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 MWNTs的物理特性
• 3.3.2 Pd/MWNT催化剂和Pd/MWNTs-Nafion修饰电极的物理特性
• 3.3.3 Pd/MWNTs-Nafion修饰电极的电化学性能
• 3.3.4 pH的影响
• 3.3.5 肼的测定
• 3.3.6 选择性、重现性和稳定性
• 3.4 结论
• 第四章 碳纳米管上使用不同方法负载Pd纳米粒子及其对肼催化性能的影响研究
• 4.1 前言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 试剂和仪器
• 4.2.2 Pd/MWNTs催化剂的制备
• 4.2.3 工作电极制备和电化学性能测试
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 Pd/MWNTs催化剂的物理表征
• 4.3.2 Pd/MWNTs的电化学性能
• 4.4 结论
• 参考文献
• 在读期间发表的学术论文及研究成果
• 致谢