Pd基合金纳米催化剂的合成及其对甲醇和乙醇的电催化性能研究.pdfVIP

摘要

因为环境问题和能源危机问题日益严重，电催化领域在新能源战略以及“双碳”

背景下的发展迅速。其中，钯(Pd)基金属在燃料电池、氧还原、制氢储氢以及各种传

感器中都有着极为广泛的应用，特别在碱性条件下对甲醇和乙醇展现出优异的电催

化性能。以贵金属Pd为核心材料，其他金属组分的引入可以凭借其应变、几何和配

体等效应来改变Pd的d带中心位置，优化中间产物或者反应物之间的吸脱附，从而

使催化活性和抗毒能力也会相应的提高。本论文通过水热或油浴的方法引入其他金

属，合成了PdM(Ag，Cu和Sn)纳米片状结构、PdSn纳米颗粒和PdAgCuSnMo高

熵合金纳米催化剂，然后对Pd基金属进行外貌分析和结构分析以及对乙醇氧化反应

(EOR)和甲醇氧化反应(MOR)的电催化性能研究。

（1）水热法作为纳米材料的主要制备方法得到了广泛的应用。本实验以乙酰丙

酮钯(Pd(acac))为Pd源，分别引入Ag、Cu和Sn作为第二种金属，在十六烷基三甲

2

基溴化铵(CTAB)为表面活性剂，六羰基钼(Mo(CO))为结构导向剂，并以N，N二甲

6

基甲酰胺(DMF)和水作为溶剂合成了Pd-M(Ag，Cu和Sn)纳米片状结构。第二合金

的引入能够在不同程度上提高催化剂对醇的催化反应。其中PdCu合金在催化活性，

抗毒能力和对乙醇氧化反应(EOR)、甲醇氧化反应(MOR)的稳定性方面表现最为出色。

这主要归因于更好的电子效应和Pd的d的中心，晶胞内原子距离的优化从而会使

金属催化剂上含氧吸附物的结合能就越小，从而能够促进EOR和MOR的催化性能。

（2）在此项研究中，通过简单的一步法成功合成了具有不同摩尔比的PdSn纳

米颗粒(NPs)。合金PdSnNPs对乙醇氧化反应(EOR)的电催化活性和稳定性优于商用

Pd/C。特别是PdSn@NP-2在制备的样品中表现出最佳的电催化性能，碱性条件下

EOR的电流密度甚至可以接近2462mAmg−1，约为商用Pd/C(613mAmg−1)的4.0

倍。通过改变Sn原子的掺杂含量来调节Pd在PdSnNPs表面和界面内的电子结构，

从而展现出优异的催化性能。此结果为设计和制备更高效、更稳定的Pd基双金属纳

米结构燃料电池催化剂提供了优异的催化性能，具有广泛的应用前景。

（3）高熵合金纳米颗粒(HEANPs)以其独特的电化学催化能力，多元素可调控

能力，引起了人们的广泛关注。本实验采用与第一个体系相同的合成步骤，当温度

调节到160℃时，Mo(CO)6中的Mo元素也会少量被还原出来，多金属合金同样也展

现出了对乙醇优异的催化性能。由于大量非贵金属的引入，从而也能大大降低Pd的

原子所占比例，从而提高Pd的原子利用率，降低成本。在形成多元素活性位点的同

时，由于活性位点与反应物的结合能与受到邻近原子的相互作用而支配。总的来说，

在高熵合金的形成过程中高熵合金界面上的Pd位点和其他金属位点协同作用，以促

进迈向醇类小分子的多步骤过程。

关键词：多元合金；催化剂；醇类电催化性能；抗毒化；稳定性

Abstract

Astheenvironmentalandenergyproblemsworsen,thedisciplineofelectrocatalysis

isexpandingquicklywithintheframeworkofnewenergymethodsandthedualcarbon

approach.Pd-basedmetalshavediverseapplicationsinfuelcells,oxygenreduction

reaction,hydrogenproductionandstorage,aswellasvarioussensors.Theyparticularly

demonstrateexceptionalelectrocatalyticpropertiesformethanol