高活性甲醇铂钯催化剂的制备及其电化学性能研究

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1、学校代码：10270分类号：065学号：152200741硕士学位论文高活性甲醇铂钯催化剂的制备及其电化学性能研究学院：生命与环境科学学院专业：分析化学研究方向：电化学分析研究生姓名：史晓琴指导教师：杨海峰完成日期:2018年3月上海师范大学硕士学位论文摘要摘要传统能源的使用带来了环境污染和能源危机两个问题，新能源的开发利用显得特别重要。其中，直接甲醇燃料电池(DMFC)由于其具有高能量密度、低污染排放、低的操作温度和易携带、便宜等优点而受到研究者的广泛研究。但是阳极催化剂对甲醇的电催化性能太低以及稳定性太差使得DMFC的商业化受到限制。因而，制备高效的阳极催

2、化剂、缩小贵金属的应用能够减小催化剂的成本。本文从载体材料、催化剂组成、表面结构、制备措施等方面着手合成了一系列催化剂，并研究其在碱性条件下对甲醇的电催化活性和抗毒化能力。具体工作包括以下几个方面：(1)引入组氨酸修饰的多壁碳纳米管作为载体，电沉积制备PtPd纳米粒子。沉积过程采用电化学阶跃方法，设置包括最低电压EL为-0.15V，最高电压EH为0.7V，此方法原理简单、易操作，同时对纳米粒子的粒径有很好的控制。次工作考察了氨基酸的种类、沉积电压和沉积时间等条件对催化活性的影响。所制备的修饰电极用SEM、EDS、XPS和电化学技术进行表征。(2)通过采用聚乙烯

3、吡咯烷酮（PVP）作为表面活性剂和形貌导向剂，用水合肼一步法还原Na2PdCl4、H2PtCl6和CuCl2，制备枝状的CuPtPd三金属异质结构。PVP在反应过程中起到了形貌控制的作用。合成的枝状结构具有高度开放的结构，平均粒径30nm，可以为电催化提供更多活性位点。经过对碱性条件下甲醇的催化性能的考察，该催化剂表现出较高的催化性能和较好的抗毒化能力。(3)使用金纳米粒子作为金属载体，在氯代十六烷基吡啶（CTAC）存在下，在金纳米粒子表面一步水热法原位还原Na2PdCl4和H2PtCl6，纳米粒子呈现出海葵状。CTAC在这个反应中对形貌起到决定性作用。海葵状

4、结构平均粒径25nm，金作为纳米粒子成核中心，铂和钯小纳米粒子在其表面成长。设计金纳米粒子作为金属载体有几个作用：1、金和Pt、Pd之间存在强电子作用，对Pt表面电子结构起到修饰作用，改善催化性能。2、金表面易吸附含氧基团物质，在电催化过程中对中间产物进一步氧化，从而改善催化剂的抗毒化能力和稳定性。关键词：铂钯，直接甲醇燃料电池，组氨酸，铜，金，海葵状纳米粒子，枝状纳米合金IShanghaiNormalUniversityMasterofDissertationAbstractAbstractThoughbothenvironmentandenergydepl

5、etionarebroughtaboutbecauseofthewidelyuseoftraditionalfuel,itisverysignificanttoimproveandemploynewenergyresources.Directmethanolfuelcells(DMFCs)haveattractedincreasingattentionbecauseoftheirenvironmentalfriendliness,highenergydensity,nearambienttemperatureoperation,cheapandlow,even

6、zeroemissions.However,themainprobleminthedevelopmentofDMFCsisthelowelectrocatalyticperformancetomethanolandpoorstability.Hence,thecostofcatalystscanbereducedbysynthesizingcatalystwithhighlyactiveandstabilityanddecreasinguseofnoblemetals.Inthispaper,differentcatalystswerepreparedbyop

7、timizingthecarriermaterial,catalystcomponent,surfacestructureandsyntheticmethod.Inaddition,theirelectrocatalyticactivityofmethanolinalkalinemediumwasstudiedindetail.(1)PtPdnanoparticlesweredirectelectrodepositedsuccessfullyusingaprogrammedelectrodepositionmethodinmutilwalledcarbonna

8、notubesmodifiedbyhi