纳米结构金与钯催化剂对甲醇和甲酸电催化氧化性能的研究

论文摘要

燃料电池兼具高效率、无污染、无噪声、适用范围广、连续工作等优点,具有广阔的应用前景。如何提高现有铂催化剂的活性、抗中毒能力及利用率,或者开发研制高效、低价格的非铂催化剂是燃料电池商业化亟待解决的关键技术问题。甲醇、乙醇、甲酸等小分子有机物是燃料电池的重要燃料来源。本文拟针对直接燃料电池中两种重要的填充燃料甲醇和甲酸的电催化氧化展开如下的研究工作:（1）使用去合金法制备的新型纳米多孔金材料做为阳极催化剂研究了此类电极材料对甲醇的电催化氧化行为。通过建立浸泡—电沉积相结合的实验方法,在多孔金表面沉积了均匀分散的微量的铂。这一简单的功能化处理不仅增强了多孔金的结构稳定性,而且提高了铂的利用率,大大降低了铂的载量。微量铂修饰的多孔金材料对甲醇的催化氧化表现出了比商用Pt-Ru催化剂更优异的催化性能。我们对其显著提升的催化活性机理进行了系统研究,初步发现铂、金双金属之间的协同作用可能是其活性和抗中毒能力明显提高的主要原因。（2）利用循环伏安沉积法制备了花状结构的钴纳米薄膜,然后通过库仑置换的方法制备了分等级的钯或铂催化剂薄膜。通过一系列电化学测试系统评估了这两种相似结构的纳米催化剂材料对甲酸电催化氧化性能的差别。研究结果表明钯比铂对甲酸的氧化表现出了更高的催化活性,一个重要的发现是甲酸可以在钯薄膜表面通过非CO的路径直接氧化为CO2。这一新发现将有助于深入了解钯催化剂的电催化氧化机制,并在一定程度上促进开发研制催化性能更优越的钯基燃料电池催化剂。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号说明
• 第一章 前言
• 1.1 直接甲醇燃料电池
• 1.2 直接甲醇燃料电池发展概况
• 1.3 甲醇氧化催化剂
• 1.4 催化剂的制备方法
• 1.5 甲醇的替代燃料—甲酸
• 1.6 本论文的总体设想、研究目的和思路
• 参考文献
• 第二章 纳米结构多孔金对甲醇的电催化氧化 #16.
• 2.1.多孔金属材料概述
• 2.1.1 多孔金属材料的形成
• 2.1.2 多孔金的应用研究
• 2.2 实验
• 2.2.1 试剂
• 2.2.2 多孔金电极的制备
• 2.2.3 电极形貌及电催化活性表征
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 多孔金电极在酸性和碱性溶液里的循环伏安特征
• 2.3.2 碱性溶液中多孔金对甲醇的电催化氧化
• 2.3.3 碱性溶液中NPG-Pt对甲醇的电催化氧化
• 2.3.4 酸性溶液中NPG-Pt对甲醇的电催化氧化
• 2.4 小结
• 参考文献
• 第三章 基于花状钴薄层为牺牲模板的钯纳米结构的制备及对甲酸的电催化氧化
• 3.1.钯纳米结构材料概述
• 3.1.1 电化学方法制备纳米结构材料
• 3.1.2 空心结构纳米材料的制备
• 3.2 实验
• 3.2.1 分等级钯结构的制备
• 3.2.2 电极形貌及电催化活性表征
• 3.3.结果与讨论
• 3.3.1 钴的表面形貌表征
• 3.3.2 钯结构的表面形貌和伏安特征
• 3.3.3 分等级钯和铂结构的电催化活性
• 3.3.4 甲酸在分等级钯和铂结构表面电催化氧化的机理表征
• 3.4 小结
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表和待发表的论文
• 学位论文评阅及答辩情况表