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碳载Pd催化剂的制备及甲酸阳极氧化动力学过程研究

作　者: 王宇娇
导　师: 高颖
学　校: 哈尔滨师范大学
专　业: 物理化学
关键词: 燃料电池电催化氧化甲酸动力学参数
分类号: O646.54
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

论文主要研究了直接甲酸燃料电池(DFAFC)中,甲酸在Pt/C和Pd/C电极上的电氧化行为。着重对甲酸在Pt/C和Pd/C电极上的电氧化特性,电极的动力学过程进行了研究,并用不同的方法得到了相关的动力参数。此外结合对催化剂的X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、能谱分析和热重分析(TG),电化学比表面等表征分析,探索Pd/C催化剂的制备方法和最佳制备条件。甲酸在Pt/C电极上的氧化主要通过生成COad吸附中间体的途径进行的,以直接氧化为CO2途径进行的程度很小。而甲酸在Pd/C催化剂上电氧化主要是以直接生成CO2的途径进行的。所以Pd/C电极不容易被甲酸氧化的中间体毒化,Pd/C电极对甲酸的氧化有更高的电催化活性。甲酸在Pt/C和Pd/C催化剂电极上氧化都随甲酸浓度的增加而增加,对甲酸氧化的级数分别为0.5和1。甲酸在Pd/C电极上的氧化电流在一定的pH值范围内随溶液酸度的增加而减小,对氢离子的反应级数在硫酸溶液中为-0.18,在高氯酸溶液中为-0.04。甲酸在Pt/C和Pd/C催化剂电极上氧化的活化能都随电位的增大而增大,说明电位越高,甲酸在Pt/C和Pd/C催化剂电极上的氧化对温度越敏感。甲酸在Pt/C和Pd/C催化剂电极上的氧化都是完全不可逆过程。其氧化峰电流密度都随扫速的增加而增大,氧化峰电位随扫速的增加而正移。甲酸在Pt/C电极上氧化的一些动力学参数,Tafel斜率为340 mV;电荷传递系数为0.32;甲酸的扩散系数为8.9×10-7cm2?s-1。甲酸在Pd/C电极上氧化的动力学参数,Tafel斜率为174 mV;电荷传递系数为0.22;甲酸的扩散系数为6.5×10-7 cm2?s-1。运用常规脉冲伏安法,在足够大的脉冲间隔2s的条件下,由脉冲导致电极附近溶液浓度的变化能够得到充分的复原。满足cottrell公式的应用条件。用该方法也得到了甲酸在Pd/C电极上氧化的动力学参数。本文还探索了不同条件制备的Pd/C催化剂对甲酸电催化活性的影响,得到了制备Pd/C催化剂的最佳方法和条件。此外还研究了Au对甲酸电催化氧化的促进作用。

全文目录

摘要  11-12
Abstract  12-14
第1章绪论  14-25
  1.1 燃料电池的概述  14-18
    1.1.1 燃料电池的发展历史  14-15
    1.1.2 燃料电池的特点  15-16
    1.1.3 燃料电池的分类  16-17
    1.1.4 燃料电池的结构和工作原理  17-18
  1.2 直接甲醇燃料电池(DMFC)的发展  18-20
    1.2.1 DMFC 的研制原因  18
    1.2.2 DMFC 的结构和工作原理  18-19
    1.2.3 DMFC 目前存在的问题  19-20
  1.3 直接甲酸燃料电池(DFAFC)的发展  20-24
    1.3.1 开发DFAFC 的必要性  20
    1.3.2 DFAFC 的结构和工作原理  20
    1.3.3 甲酸电催化机理研究  20-21
    1.3.4 阳极催化剂  21-23
    1.3.5 影响阳极催化剂活性的因素  23
    1.3.6 阳极Pd/C 催化剂的制备方法  23-24
  1.4 本文主要研究方向和内容  24-25
第2章实验部分  25-30
  2.1 试剂与材料  25-26
  2.2 实验仪器  26
  2.3 催化剂的制备  26
    2.3.1 活性炭预处理  26
    2.3.2 Pd/C 催化剂的制备  26
    2.3.3 Pd-Au/C 催化剂的制备  26
  2.4 工作电极的制备  26-27
    2.4.1 常用工作电极的制备  26-27
    2.4.2 圆盘工作电极的制备  27
  2.5 实验装置及电化学测试方法  27-29
    2.5.1 实验装置  27
    2.5.2 电化学测试  27-29
  2.6 催化剂表征  29-30
    2.6.1 X 射线衍射(XRD)谱  29
    2.6.2 透射电镜(TEM)分析  29
    2.6.3 电化学比表面(ESA)分析  29
    2.6.4 能谱(EDS)分析  29
    2.6.5 热重(TG)分析  29-30
第3章结果与讨论  30-70
  3.1 甲酸在Pt/C 电极上的电氧化  30-37
    3.1.1 甲酸在Pt/C 电极上的电氧化特性  30-32
    3.1.2 甲酸浓度对甲酸在Pt/C 电极上氧化的影响  32
    3.1.3 甲酸在Pt/C 电极上氧化的动力学特性  32-35
    3.1.4 温度对甲酸在Pt/C 电极上电氧化的影响  35-37
    3.1.5 小结  37
  3.2 甲酸在Pd/C 电极上的电催化氧化  37-51
    3.2.1 甲酸在Pd/C 电极上的电氧化特性  37-39
    3.2.2 甲酸浓度对甲酸在Pd/C 电极上氧化的影响  39-41
    3.2.3 甲酸在Pd/C 电极上氧化的动力学特性  41-45
    3.2.4 常规脉冲伏安法测定甲酸在Pd/C 电极上氧化的动力学参数  45-48
    3.2.5 温度对甲酸在Pd/C 电极上电氧化的影响  48-50
    3.2.6 小结  50-51
  3.3 Pd/C 催化剂的制备、电催化性能及表征  51-63
    3.3.1 不同方法制备Pd/C 催化剂电氧化性能  51-54
    3.3.2 溶剂对催化剂制备的影响  54-55
    3.3.3 不同还原剂对催化剂制备的影响  55-58
    3.3.4 还原剂加入方式对催化剂制备的影响  58-59
    3.3.5 pH 值对催化剂制备的影响  59-63
    3.3.6 小结  63
  3.4 Pd-Au/C 催化剂的制备、电催化性能及表征  63-70
    3.4.1 小结  69-70
结论  70-71
参考文献  71-78
攻读硕士学位期间发表的学术论文  78-79
致谢  79

碳载Pd催化剂的制备及甲酸阳极氧化动力学过程研究

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