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在低温燃料电池研究领域,直接甲酸燃料电池(Direct formic acid fuel cell,DFAFC)因其能量转化率较高、污染较小、燃料储量丰富、储存及运输的安全性和其它优点而具有可观的应用价值。目前,Pt基纳米级催化剂在低温燃料电池领域引起了广泛的研究兴趣,然而其活性低、稳定性差及成本高等问题一直是限制其商业化的关键因素。Pd纳米级催化剂对甲酸进行催化氧化机理与Pt不同,具有很强的抗CO毒化的能力。本文将采用实验室自行研制的纳米粒子束流复合沉积系统,通过等离子溅射惰性气体冷凝技术制备粒径均一且分散性较好的Pd基纳米粒子催化剂,适当的调节实验参数(如溅射功率P及Ar气流量等)可实现对纳米粒子的粒径大小及分布的调节。该方法不同于传统的化学合成法,制备过程无需任何添加剂且在高真空及惰性气氛下完成,可充分保证所制纳米粒子的高纯度及良好的表面清洁性。本文还通过退火处理、表面镀C及掺入第二金属等方法,对Pd基纳米级催化剂进行改性,进一步提高Pd催化剂的性能。 电化学测试结果表明室温下制备的Pd纳米粒子催化剂具有较好的催化活性(电化学活性面积为100.0 m2 g-1Pd,甲酸氧化峰电流密度为0.58 mA cm-2)及稳定性。随着基片温度的升高,Pd纳米粒子会发生团聚,组装膜的内应力增加,从而使电化学活性面积减小,金属利用率及催化剂稳定性下降,但比表面活性有所提高。表而镀C也可在一定程度上提高Pd催化剂的催化活性,但过厚的C层会使催化剂薄膜容易脱落,稳定性下降。在Pd与其它金属(Co,Ti,Ni及Zr)复合的初步探索中,Pd-Co纳米粒子表现出最为优异的性能。通过研究不同功率下制备的Pd-Co纳米粒子可以发现,随着Co溅射功率的增大,催化剂的电化学活性面积增大,甲酸氧化曲线的轮廓变宽,说明不同含量的Co均可不同程度的提高Pd的抗CO毒化能力及稳定性。