钯基金属间化合物的制备及其对氧还原反应的电催化研究

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:caojinhe1118
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燃料电池具有高能量密度、低环境污染及系统结构简单等优点,被认为最有可能作为汽车和便携式电子设备的电源。然而,目前广泛使用于燃料电池阴极氧还原反应(ORR)的Pt基电催化剂仍存在价格高、储量不足、易中毒、活性和耐久性达不到实际应用等问题,制约着燃料电池的工业化进程。Pd基材料因电催化ORR性能较好,价格较低且储量丰富而被认为是Pt最合适的替代物。因此,开发高ORR催化活性和耐久性的Pd基电催化剂对推动燃料电池产业化具有重大意义。  Pd基无序合金催化剂因协同效应能提高催化剂的ORR活性,但在实际测试中耐久性较差。通过改变合成方法或对材料进一步热处理制备有序合金,在提高催化剂ORR催化活性的同时可以提高其耐久性。本论文以碳载有序Pd基金属间化合物为研究对象,探讨催化剂的合成方法、合金组分、晶体结构等对碳载有序Pd基金属间化合物的形成、ORR电催化活性和耐久性的影响。  通过一步法在低温无表面活性剂的条件下成功制备了分散均匀,尺寸均一,粒径为4.8nm左右的碳载有序Pd6Sn3Co纳米颗粒。与商业化Pt/C催化剂相比,碳载有序Pd6Sn3Co纳米颗粒具有较高的ORR质量比活性和面积比活性;经5000圈的加速耐久性测试后其ORR活性几乎不变,表现出了优异的耐久性,这种ORR催化活性和耐久性的提高可归因于Co掺杂引起的Pd2Sn有序性的增强及其组成的确定。  采用溶剂热法制备碳载PdCu合金,在还原气氛下进行热处理,碳载PdCu合金由fcc结构转变为bcc结构。碳载fcc和bcc结构的PdCu合金纳米颗粒分散均匀,尺寸均一,粒径分别为4.9nm和6.2nm。电化学性能测试表明碳载bcc结构的PdCu合金催化剂具有较高的活性和相对较好的耐久性,具有较好的应用前景。
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