双金属纳米颗粒的化学法制备及其对甲醇的催化研究

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直接甲醇燃料电池(DMFC)采用甲醇为燃料,解决了困扰人们的氢气的储存,运输等问题。当前DMFC商业化面临的主要问题是Pt价格高,电催化剂活性低,电催化剂长期稳定性有待进一步提高。本文从开发新型电催化剂和提高电催化剂催化活性入手,开展了多壁碳纳米管(MWCNT)负载地Pd基和Pt基双金属催化剂的化学法制备和对甲醇的电催化氧化研究。研究工作主要包括如下三个方面:1.利用HAuCl4溶液与新制的Pd胶发生置换反应,制备了六种原子比的Pd-Au双金属纳米颗粒再负载于MWCNT上,制得MWCNT/Pd-Au双金属催化剂,通过透射电子显微镜(TEM),能量色散X-射线光谱(EDS)和紫外可见分光光度计(UV-vis)对制备的MWCNT/Pd-Au催化剂进行了形貌表征,并采用循环伏安法考察了不同Au: Pd原子比MWCNT/Pd-Au催化剂对甲醇的电催化氧化性能。结果表明,所制备的6种MWCNT/Pd-Au双金属催化剂对甲醇氧化的催化性能都明显优于单一金属催化剂MWCNT/Pd或MWCNT/Au的催化性能。Au: Pd原子比不同导致MWCNT/Pd-Au双金属催化剂的催化效果也不相同,随着Au: Pd原子比数值的上升,MWCNT/Pd-Au双金属催化剂对甲醇氧化的催化活性先升后降,当Au:Pd原子比为0.06时,MWCNT/ Pd-Au双金属催化剂的催化活性最大且抗中毒性能最好。2.在无还原剂存在的情况下,用HAuCl4溶液与负载在MWCNT上的Pd纳米颗粒发生置换反应,制备了Pd: Au原子比不同的五种MWCNT/Pd-Au双金属纳米颗粒,并应用于碱性条件下甲醇的电催化氧化。通过等离子体发射光谱(ICP),TEM和EDS对制备的MWCNT/Pd-Au催化剂进行了原子比和形貌的表征,用循环伏安法考察了不同Pd: Au原子比的MWCNT/Pd-Au催化剂对甲醇的电催化氧化性能,并与单一金属催化剂MWCNT/Pd和MWCNT/Au的催化性能进行比较。结果表明,制备的5种MWCNT/Pd-Au双金属催化剂对甲醇氧化的催化性能均优于单一金属催化剂MWCNT/Pd或MWCNT/Au的催化性能,Pd: Au原子比不同导致MWCNT/Pd-Au双金属催化剂催化效果也不相同,随着Pd: Au原子比数值的上升,MWCNT/Pd-Au双金属催化剂对甲醇氧化的催化活性先升后降,当Pd: Au原子比为48时MWCNT/Pd-Au双金属催化剂的催化活性最好且具有较好的抗中毒性能。3.采用KBH4还原的方法在水溶液中制备了负载在MWCNT上的原子比为3:1的MWCNT/Pt-Cu,MWCNT/Pt-Ni和MWCNT/Pt-Co双金属催化剂,再利用HNO3溶解贱金属的方法制备了比双金属催化剂反应表面积更大的MWCNT/Pt(Cu),MWCNT/Pt(Co),MWCNT/Pt(Ni)催化剂,将这六种不同催化剂应用于酸性条件下甲醇的电催化氧化。采用TEM考察了MWCNT/Pt(Cu)催化剂的形貌并与MWCNT/Pt-Cu进行比较,采用循环伏安曲线和i-t曲线比较了这六种催化剂对甲醇电催化氧化的性能和抗中毒性能。结果表明,这六种催化剂都具有良好的酸性条件下电化学催化甲醇氧化的功能,MWCNT/Pt(Cu)催化剂具有最好的催化活性和较好的抗中毒能力。
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