文档介绍：物理化学硕士学位论文:炭载 Pd-Fe 阴极催化剂制备方法及其电催化性能的研究
中文摘要
直接甲醇燃料电池(DMFC)具有很多优点,但也存在一些问题。问题之一是
甲醇会透过 Nafion 膜而在常用的 Pt 阴极上氧化,降低了电池的性能。近年来发
现,Pd 对氧还原的电催化性能仅次于 Pt,而且对甲醇氧化没有电催化活性,因
此,近年来,许多研究都集中在 DMFC Pd 基复合阴极催化剂方面,以得到对氧
还原有好的电催化性能和好的抗甲醇能力的 DMFC 阴极催化剂。
本论文主要研究 DMFC 中 Pd-Fe/C 阴极催化剂制备方法对催化剂性能的影
响。得到的主要结果如下:
1. 一般的液相还原法制备 Pd-Fe/C 催化剂时,由于 PdCl2 和 FeCl3 的还原电位相
差较大,Pd 和 Fe 不易形成合金。因此,以前的研究都是通过高温热处理的方法
制备得到合金化的 Pd-Fe/C 催化剂。但得到的 Pd-Fe 粒子的平均粒径较大,影响
了 Pd-Fe/C 催化剂对氧还原的电催化活性。本论文研究了在低温下用 NH4Cl 作
络合剂的络合还原法来制备的 Pd-Fe/C 催化剂,发现由于 NH4Cl 能与 Pd 形成络
合物而使 PdCl2 还原电位负移,与 FeCl3 的还原电位接近,从而在低温下制备得
到了有一定合金化程度的 Pd-Fe/C 催化剂。得到的 Pd-Fe/C 催化剂对氧还原的电
催化活性比用相同方法制得的 Pd/C 催化剂高,而且该催化剂对甲醇氧化没有电
催化活性。因此,用这种方法在低温下能够制备出对氧还原有高催化活性和好的
抗甲醇能力 Pd-Fe/C 催化剂。
2. 研究了在水和四氢呋喃(THF)混合体系中制备Pd-Fe/C催化剂。发现制得的
Pd-Fe/C催化剂中存在着两种形态的Fe:合金态的Fe与非合金态的Fe。非合金态
的Fe能够溶解于H2SO4溶液中,而合金态的Fe不能够被酸溶解,因此,通过酸处
理能制得只含合金态Fe的Pd-Fe/C催化剂。由于酸处理前后的Pd-Fe/C催化剂对氧
还原的电催化活性都比Pd/C催化剂高,表明Fe能够提高Pd/C催化剂对氧还原的电
催化性能。而酸处理后的Pd-Fe/C催化剂对氧还原电催化性能要比酸处理前的
Pd-Fe/C催化剂高,证明了合金态的Fe能够提高Pd/C催化剂对氧还原的电催化性
能。这主要是由于合金态的Fe能增加Pd的电子云密度,使催化剂中Pd0的含量增
加,因此,提高了Pd催化剂对氧还原的电催化性能。
3. 首次研究了用有机盐热分解法制备 Pd-Fe/C 催化剂,发现热分解温度对
Pd-Fe/C 催化剂对氧还原的电催化性能有较大的影响,在 300oC 的分解温度下,
III
物理化学硕士学位论文:炭载 Pd-Fe 阴极催化剂制备方法及其电催化性能的研究
制得的 Pd-Fe/C 催化剂对氧还原的电催化性能最好。这是由于当温度较低时,有
机盐不能完全分解;而热处理温度较高时,Pd-Fe 粒子的平均粒径较大,因此,
对氧还原的电催化性能降低。
进一步研究了 Pd:Fe 原子比对 Pd-Fe/C 催化剂对氧还原电催化性能的影响。
发现当 Pd 和 Fe 的原子比为 1:1 时,Pd-Fe/C 催化剂对氧还原的电催化活性最
好。
关键词: 直接甲醇燃料电池, 络合还原法, 热分解法, 氧还原, Pd-Fe/C 催化剂,
酸处理
IV
物理化学硕士学位论文:炭载 Pd-Fe 阴极催化剂制备方法及其电催化性能的研究
ABSTRACT
Direct methanol fuel cell (DMFC) has many advantages. However, it also has
some problems. One of the problems is that methanol could rate through the
Nafion membrane and then would be oxidized at the usually used Pt cathodic catalyst
electrode, leading to the decrease in the cell perfomence. Therefore, in the recent
years, many investigations were focused on Pd-based cathodic catalysts in order to
obtain the cathodic catalysts with the high electrocatalytic