钯基多金属纳米电催化剂的制备及其电活性研究

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1、密级：公开中图分类号：O646硕士学位论文钯基多金属纳米电催化剂的制备及其电活性研究研究生：张媛媛导师：易清风教授学科：应用化学研究方向：电化学2018年6月AThesisSubmittedfortheDegreeofMasterPreparationandElectroactivityofPalladium-basedMulti-metalNano-electrocatalystsCandidate：ZhangYuanyuanSupervisorandRank：ProfessorYiQingfeng钯基多金属纳米电催化剂的制备及其电活性研究学位类学术型学位

2、作者姓名型张媛媛作者学号15010603002学科（专业学位类别)应用化学研究方向（专业领域)电化学导师姓名及职称易清风教授实践导师姓名及职称所在学院化学化工学院论文提交日期2018年6月学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学

3、位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日摘要醇和甲酸电催化氧化的研究是燃料电池领域重要的内容之一。虽然Pt和Pt基催化剂对醇和甲酸氧化具有优异的电催化活性，但金属Pt的价格昂贵、资源稀缺、易中毒等缺点，使其应用受到了限制。而金属Pd的价格相对便宜，在碱性介质中对醇和甲酸氧化的催化效果较好，所以，Pd是代替P

4、t催化剂较好的选择。在本论文中，制备了一系列的Pd基催化剂，并研究了它们对醇和甲酸氧化的电催化活性。然后将其应用于无膜直接醇燃料电池中，测试了电池的放电性能。主要内容如下：（1）采用化学还原法，以乙二醇和水的混合溶液为反应溶剂，硼氢化钠（NaBH4）为还原剂，制备了碳纳米管（CNT）负载的Pd/CNT、双金属Pd7Ag3/CNT、Pd7Sn2/CNT和三金属Pd7Ag1Sn2/CNT、Pd7Ag2Sn2/CNT和Pd7Ag3Sn2/CNT催化剂。利用扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、X-射线衍射（XRD）和X射线光电子能谱（XPS）等测试手段对催化剂进

5、行了表征。相比Pd/CNT和双金属Pd-Ag、Pd-Sn催化剂，三金属Pd7Ag2Sn2/CNT催化剂颗粒更加均匀地分散在CNT表面，平均颗粒尺寸为2.4nm。Pd-Ag和Pd-Ag-Sn催化剂中的金属Pd和Ag之间形成了合金。所制备催化剂对乙醇氧化的电活性通过循环伏安（CV）、计时电流（CA）和交流阻抗（EIS）进行了测试。结果表明，在所制备的催化剂中，Pd7Ag2Sn2/CNT表现出最高的峰电流密度和稳态电流密度，其稳态电流密度是Pd/C催化剂的32.3倍。此外，Pd7Ag2Sn2/CNT和Pd7Ag3Sn2/CNT催化剂-1对乙醇氧化具有较高的质量活性

6、，分别是2.29和2.30A·mgPd，表明Pd颗粒对乙醇氧化的利用率较高。（2）采用CV、CA等电化学测试方法测试了所制备的Pd基催化剂在酸、碱介质中对甲酸氧化的电活性。结果表明，在酸性和碱性溶液中，三金属Pd-Ag-Sn/CNT催化剂对甲酸氧化的电流密度均高于Pd/CNT和双金属PdAg/CNT或PdSn/CNT。酸性中，-2Pd7Ag2Sn2/CNT催化剂的最大峰电流密度为108.8mA·cm，相应的Pd质量活性为1364-1-2mA·mg；碱性中，最大峰电流密度为211.3mA·cm，相应的Pd质量活性为2640-1mA·mg。这些结果远远大于商业P

7、d/C的电流密度。结果表明，三元Pd7Ag2Sn2/CNT催化剂对甲酸氧化具有优异的电催化活性。（3）提出了一种金属纳米颗粒原位沉积的新方法：首先将金属钯盐（或钯盐+镍盐）、碳纳米管（CNT）与Nafion溶液形成分散液；然后将它均匀地涂覆在碳纸（CP）表面；最后，将该碳纸浸没在NaBH4溶液中，碳纸上的金属盐与NaBH4充分反应，形成的金属纳米颗粒直接原位沉积在CNT表面，得到相应的催化剂Pd-situ/CP和PdNi-situ/CP。同时，作为对比，采用传统的NaBH4还原法制备了Pd/CP催化剂。所制备的Pd-situ/CP催化剂的颗粒尺寸为15～24

8、nm，Pd9Ni1-situ/CP为8～11nm，i