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纳米Pd催化甲酸电氧化的研究

王士瑞

  直接甲酸燃料电池(DFAFC)具有能量密度高、低温工作性能好、环境友好等优点,具有广阔的发展空间与应用前景。对DFAFC阳极催化剂的研究主要集中在Pt基和Pd基催化剂上,其中在Pd基催化剂上,甲酸以直接途径氧化,具有高的催化活性,但其稳定性较差。因此,研究具有较高的催化活性与稳定性的Pd基催化剂,对DFAFC的应用具有重要的意义。本论文主要研究了纳米Pd对甲酸的催化性能。 本论文利用循环伏安法系统的研究了纳米Pd对甲酸电氧化的催化活性,考察了电解质H+浓度、甲酸的浓度、电解质阴离子吸附等对Pd催化甲酸电氧化的影响。TEM与XRD分析结果表明,纳米Pd是面心立方结构、结晶度良好、Pd的平均粒径约为25 nm。电化学测试结果表明:甲酸在纳米Pd上的电氧化是完全不可逆反应,反应受扩散步骤控制。随着电解质H+浓度的增加,甲酸氧化的峰电势逐渐正移,峰电流密度呈现先增加后减小的变化。随着甲酸浓度的增加,甲酸氧化性能逐渐提高。当甲酸的浓度为0.1mol/L,硫酸溶液的浓度为0.2 mol/L时,甲酸的氧化性能最好。电解质阴离子的吸附强度越弱,甲酸的氧化活性越高。甲酸在纳米Pd催化剂上以直接途径氧化,没有产生强吸附性的中间产物。 本论文通过丙酮高温热解的方法,以Ti片为基体,制备了碳包覆的二氧化钛纳米线阵列(C/TiO2),并以其作为Pd的载体,通过电势阶跃沉积的方法制备了Pd-C/TiO2电极。应用SEM与XRD表征了C/TiO2的形貌与物相组成,结果表明:C/TiO2是纳米线阵列结构,Ti02是金红石相。考察了电沉积条件对Pd-C/TiO2电极形貌的影响,确定了电沉积Pd的氧化电位、成核电位、生长电位分别为1.0 V、-1.6 V、-0.2 V,氧化时间、成核时间、生长时间分别为10 s、0.1 s、2400 s。通过控制电沉积溶液的浓度,分别制备了Pd以膜和线的形式负载在C/TiO2上的电极,即F-Pd-C/TiO2与W-Pd-C/TiO2。ICP分析表明,两种电极上Pd的载量分别为0.22 mg/cm2和1.50 mg/cm2。SEM和XRD分析表明,两种电极上Pd在C/TiO2上均匀分布、Pd具有面心立方结构,Pd膜与Pd线均由粒径约为20 nm的Pd颗粒构成。电化学测试结果表明:F-Pd-C/TiO2电极对甲酸的电化学氧化具有良好的催化活性,其电化学活性比表面积为35.17 m2/g,甲酸氧化峰的电势与电流密度分别为0.38 V与225.41 mA/mg。……   
[关键词]:甲酸;纳米Pd;电氧化;C/TiO_2纳米线阵列
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:哈尔滨工程大学2011年
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