直接甲酸燃料电池Pd阳极催化剂电催化稳定性差机理的研究

论文摘要

近年来的研究发现,直接甲酸燃料电池（DFAFC）与直接甲醇燃料电池（DMFC）相比有很多优点。Pd催化剂是DFAFC常用的阳极催化剂,其对甲酸氧化有较好的电催化活性,但是其稳定性不好,这是DFAFC中的一个重要问题。因此,研究Pd催化剂电催化稳定性不好的机理是很有意义的。本论文主要研究炭载Pd（Pd/C）催化剂稳定性不好的机理和各种阴阳离子对Pd/C催化剂催化甲酸分解的催化性能的影响及NH4F络合还原法制备的Pd/C催化剂对甲酸氧化的电催化性能。本论文的主要研究结果如下：1 DFAFC中Pd/C阳极催化剂的电催化稳定性研究本章研究了Pd/C催化剂在甲酸溶液中浸泡一段时间后的结构和电催化性能的变化。发现浸泡后的Pd/C催化剂中Pd粒子的相对结晶度和平均粒径都发生了变化,对甲酸氧化的电催化活性和稳定性都会降低。考虑到Pd/C催化剂在水中浸泡不会使其结构和电催化性能发生变化及Pd催化剂能催化分解甲酸,因此Pd/C催化剂在甲酸溶液中浸泡一段时间后发生结构与电催化性能的变化可能是由于Pd/C催化剂中的Pd在甲酸中会有一定的溶解和Pd/C催化剂能催化分解甲酸引起的。这为探讨DFAFC中Pd/C阳极催化剂对甲酸氧化的电催化稳定性不好的原因提供了一个新的途径。2外加离子对Pd/C催化剂催化甲酸分解性能的影响本章研究了各种阴阳离子对Pd/C催化剂催化甲酸分解的影响,研究发现,外加离子中Cr3+、Zn2+、F-、Cl-、Br以及PMA可以抑制Pd/C催化剂对甲酸分解的催化作用,Cd2+、Fe3+、PO43可以促进Pd/C催化剂对甲酸分解的催化作用,而K+、Ni2+、Cu2+、Pd2+、BO33-、NO9以及PWA对Pd/C催化剂催化甲酸分解的催化作用的影响不大。3用NH4F络合还原法制备的Pd/C催化剂对甲酸氧化的电催化性能本章研究比较了液相还原法和NH4F络合还原法制备的Pd/C催化剂对甲酸氧化和分解的催化性能,发现NH4F络合还原法制备的Pd/C催化剂对甲酸氧化的电催化性能优于液相还原法制备的Pd/C催化剂,且络合还原法制备的Pd/C催化剂成功的抑制了甲酸的分解。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 DFAFC的研究意义
• 1.2.1 PEMFC的研究概况
• 1.2.2 DMFC的发展概况
• 1.2.3 DFAFC的发展概况
• 1.3 DFAFC的化学原理
• 1.4 甲酸的电氧化机理
• 1.4.1 甲酸在Pt上的电氧化机理
• 1.4.2 甲酸在Pd上的电氧化机理
• 1.5 阳极Pd催化剂的研究进展
• 1.5.1 Pd催化剂
• 1.5.2 Pd基复合催化剂
• 1.5.3 Pd基复合催化剂电催化性能提高的机理
• 1.6 DFAFC存在的问题及解决办法
• 1.6.1 Pd催化剂催化甲酸分解
• 1.6.2 Pd催化剂的电催化稳定性差
• 1.6.3 甲酸在Nafion膜上的渗透
• 1.7 DFAFC的展望
• 1.8 本论文的工作思路及主要研究内容
• 第2章 直接甲酸燃料电池中炭载Pd阳极催化剂的稳定性研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 试剂和仪器
• 2.2.2 Pd/C催化剂的制备
• 2.2.3 Pd/C催化剂的电化学性能测试
• 2.2.4 Pd/C催化剂对甲酸分解的催化性能测试
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 Pd/C催化剂结构变化
• 2.3.2 Pd/C催化剂对甲酸氧化的电催化性能
• 2.3.3 Pd/C催化剂对甲酸分解的催化性能
• 2.4 结论
• 第3章 外加离子对Pd/C催化剂催化性能的影响
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 试剂和仪器
• 3.2.2 Pd/C催化剂的制备
• 3.2.3 Pd/C催化剂对甲酸分解的催化性能测试
• 3.2.4 Pd/C催化剂的电化学性能测试
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 阴离子对Pd/C催化剂性能的影响
• 3.3.2 阳离子对Pd/C催化剂性能的影响
• 3.4 结论
• 4F络合法制备的炭载Pd催化剂对甲酸氧化的电催化性能'>第4章 用NH₄F络合法制备的炭载Pd催化剂对甲酸氧化的电催化性能
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 试剂和仪器
• 4.2.2 两种Pd/C催化剂的制备
• 4.2.3 Pd/C催化剂的电化学性能测试
• 4.2.4 Pd/C催化剂对甲酸分解的催化性能测试
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 Pd/C催化剂结构表征
• 4.3.2 Pd/C催化剂对甲酸氧化的电催化性能
• 4.3.3 Pd/C催化剂对甲酸分解的催化性能
• 4F、H₃BO₃对液相还原法制备的Pd/C催化剂对甲酸分解的影响'>4.3.4 NH₄F、H₃BO₃对液相还原法制备的Pd/C催化剂对甲酸分解的影响
• 4.3.5 NH4F对液相还原法制备的Pd/C催化剂对甲酸氧化的电催化性能的影响
• 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