纳米多孔PdAg催化剂的制备及电催化氧化甲醇性能研究.pdf

摘要

摘要

直接甲醇燃料电池（DirectMethanolFuelCell，DMFC）因能量密度高、燃料来源

丰富等特点而受到广泛关注，但其发展受传统DMFC阳极催化剂成本高、电化学稳定

性差、易中毒等问题的制约。基于以上对催化剂劣势的分析，本文从表面活性剂、深冷

处理以及成分调控三方面出发，制备出不同PdAg催化剂，并对其在碱性环境中的电催

化氧化甲醇性能进行了研究。取得以下主要成果：

（1）通过熔体快淬法制备Al-Pd-Ag前驱体合金带，之后在20wt%NaOH溶液中

加入不同含量对苯二甲酸钠进行脱合金腐蚀，得到了纳米多孔PdAg催化剂样品。研究

结果显示，样品呈现出（111）面择优取向，电催化氧化甲醇峰值电流密度在对苯二甲

酸钠添加量为15mM时达到最大，为1451.16mA‧mg-1，约是未添加对苯二甲酸钠样品

的6.6倍，与商用Pt/C、Pd/C相比，其分别提高了7.7和12.0倍；此外，在5wt%HCl

中分别加入不同含量的表面活性剂对苯二酚、PVP进行脱合金腐蚀，所得纳米多孔

PdAg样品相比未添加表面活性剂的样品，表面孔隙增加，且出现了晶面择优取向，当

对苯二酚含量为10mM时，样品在甲醇中氧化峰值电流密度最高（1609.17mA‧mg-1），

约为未添加表面活性剂样品、商用Pt/C、Pd/C的6.2、8.6和13.4倍；当PVP含量为

1.5mM时，所得样品的峰值电流密度约为未添加样品、商用Pt/C、Pd/C的5.7、7.8和

12.1倍。

（2）通过改变熔体快淬时水冷铜辊的转速制备出不同转速下的Al-Pd-Ag前驱体

合金带，在20wt%NaOH溶液中对其进行脱合金腐蚀，得到纳米多孔PdAg催化剂样

品。结果表明，随着转速的增加孔径逐渐减小，比表面积逐渐增大，当转速为1800rpm

时所得样品的电催化氧化甲醇峰值电流密度最大（438.1mA‧mg-1）。随后，对Al-Pd-Ag

前驱体合金进行不同次数的深冷处理（-196℃，24h）后在20wt%NaOH溶液中进行脱

合金腐蚀，结果表明，随着深冷次数的增加，孔径减小，比表面积增大，PdAg（111）

面强度先增后减；在二次深冷时，其择优取向最大，并且电催化氧化甲醇性能最佳，约

为未经过深冷样品、商用Pt/C、Pd/C的4.2、9.7和15.2倍。将二次深冷后的Al-Pd-Ag

前驱体合金分别在20wt%NaOH+xmM（x=0，15）对苯二甲酸钠、5wt%HCl+xmM（x=0，

10）对苯二酚溶液中进行脱合金腐蚀，结果表明，加入对苯二甲酸钠后所得样品的电催

化氧化甲醇性能没有明显提高；但加入对苯二酚后样品的电催化氧化甲醇性能有了进

一步的提高，相比未添加样品其活性提高了1.5倍；稳定性提高了6.5倍。

（3）在Al-Pd-Ag前驱体中加入不同含量Ce，在20wt%NaOH溶液中60℃腐蚀

48h，制备出纳米多孔Pd-Ag-Ce催化剂样品，当Ce的含量为0.3at%（AlPdAgCe）

83.7880.3

时，所得到的纳米多孔PdAgCe0.3催化剂的电催化性能最佳，其催化活性约为纳米多孔

PdAg合金催化剂的1.2倍，稳定性约为纳米多孔PdAg催化剂的2.6倍；改变脱合金

时间及温度，结果表明，随着脱合金时间和温度的增加，样品的甲醇电催化氧化性能先

I

西安工程大学硕士学位论文

增加后降低，当脱合金时间为12h、温度为60℃时所制备的催化剂样品甲醇电催化氧

化性能最佳，活性和稳定性分别约为商用Pt/C催化剂的8.9和13.8倍，约为商用Pd/C

催化剂的13.8和39.1倍，对其进行循环稳定性测试，其峰值电流密度先增加后趋于