降低甲酸在Pd催化劑上分解的機理研究

《降低甲酸在Pd催化劑上分解的機理研究》是依託南京師範大學，由唐亞文擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：降低甲酸在Pd催化劑上分解的機理研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：唐亞文
• 依託單位：南京師範大學

項目摘要

Pd催化劑能催化分解甲酸和Pd催化劑對甲酸氧化的電催化穩定性不好是直接甲酸燃料電池(DFAFC)的兩大問題。而且Pd催化劑對甲酸氧化的電催化穩定性不好與Pd催化劑能催化分解甲酸有關，因為Pd催化劑催化分解甲酸時會產生少量CO，而CO能毒化Pd催化劑。因此，必須研究降低Pd催化劑催化分解甲酸的性能的原因和機理進行詳細研究，本項目計畫研究在Pd催化劑中加入不同元素對催化分解甲酸性能的影響及規律性、在電解液中加入各種化合物對催化分解甲酸性能的影響及規律性、降低催化分解甲酸時產生CO量的方法等。為解決在DFAFC中甲酸分解問題和DFAFC早日商業化打下堅實基礎。

結題摘要

本課題計畫通過調控Pd催化劑的組成、結構和形貌，了解其對催化劑活性和穩定性的影響。按照研究目標順利完成相關任務。發表SCI論文25篇，申請和授權發明專利5件。6篇論文被報導或被選為封面論文和HOT PAPER。三項專利被企業購買。主要研究內容：表面功能化對Pd基納米結構物形貌和性能的影響。（a）藉助於乙二胺四甲叉膦酸（EDTMP）作為配位劑製備了具有高分枝結構的Pd四面體結構物，並以此作為晶種，合成了Pd@Au、Pd@Pt核殼四面體結構物。研究表明，Pd四面體結構物的合成遵循多節過生長機理，製備得到的四面體結構物對甲酸氧化顯示出優良的電催化性能。（b）聚丙烯胺功能化（PAH）的不同形貌的貴金屬納米材料合成。藉助於PAH優良的親水能力、大的分子體積、與貴金屬強烈的鍵和能力，通過調控反應條件，合成出具有不同結構的貴金屬納米材料。對不同形貌納米材料對甲酸自分解的影響進行了系統的研究。氰膠還原法製備三維多孔貴金屬納米合金網。製備具有不同結構和組成的多核金屬氰基配合物（氰膠），在此基礎上進一步還原得到三維多孔貴金屬納米網。這種由納米粒子等初級結構單元構成的三維納米粒子聚集體具有較多的納米孔洞，能促進燃料分子在電極上擴散；具有較大的比表面積，能避免碳載體的使用和減少貴金屬的使用量；具有三維互聯結構，能有效降低貴金屬納米粒子的溶解、遷移、聚集及Ostwald熟化。最重要的通過氰膠法製備得到的三維多孔材料表面往往具有強的氰基吸附基團，能夠有效的抑制甲酸的自分解。通過水浴浸泡的方法成功地製備了磷鎢酸（PWA）修飾的活性炭（PWA/C），進而通過普通的液相還原法將Pd沉積於PWA/C複合載體上製備得到Pd-PWA/C催化劑。發現PWA有能效地吸附於炭載體表面並降低Pd納米粒子的粒徑。電化學測試結果顯示Pd-PWA/C催化劑對甲酸氧化的電催化活性和穩定性都遠遠優於Pd/C催化劑 （4）電解液組成的調控。研究了在電解液中加入少量F+、Pd2+等微量離子能有效的提高催化劑的劑電催化穩定性，能有效的抑制甲酸在催化劑表面的自分解過程。