Pd-TiO_(2)/C催化剂中TiO_(2)对直接碱性燃料电池中丙三醇氧化的影响

作     者：Viviane Santos Pereira Júlio Nandenha Andrezza Ramos Almir Oliveira Neto Viviane Santos Pereira;Júlio Nandenha;Andrezza Ramos;Almir Oliveira Neto

作者机构：Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares-IPEN-CNEN/SP Centro de Células a Combustível e Hidrogênio-CECCOCidade UniversitáriaSão Paulo-SP 05508-000Brasil 

出 版 物：《燃料化学学报》 (Journal of Fuel Chemistry and Technology)

年 卷 期：2022年第50卷第4期

页      面：474-483页

核心收录：

学科分类：081704[工学-应用化学] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

基　　金：supported by the CAPES,FAPESP(2017/11937-4) CNPq(302709/2020-7) 

主　　题：丙三醇氧化 Pd-TiO_(2)电催化剂 原位ATR-FTIR 循环伏安 碱性燃料电池 

摘      要：以Vulcan XC-72炭为载体,采用硼氢化钠还原法制备了Pd-TiO_(2)/C电催化剂用于直接丙三醇燃料电池阳极材料,并用能量色散谱(EDX)、X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、循环伏安法(CV)、计时电流法(I-t)和全反射-傅里叶变换红外光谱(ATR-FTIR)对催化剂进行了表征。EDX结果表明,Pd-TiO_(2)/C中Pd和Ti含量接近名义原子比。Pd-TiO_(2)的X射线衍射结果表明,Pd具有面心立方fcc结构,同时TiO_(2)展现出四方结构的锐钛矿相的峰特征。TEM图像显示Pd和TiO_(2)纳米颗粒在碳载体中分布均匀并存在一些簇状区域,纳米颗粒大小为7.0-8.0 nm。循环伏安显示在1 mol/L KOH电解液中催化剂Pd-TiO_(2)/C在约-0.7 V vs Ag/AgCl有明显的析氢行为和电容增加现象,表明催化剂在TiO_(2)修饰后活性明显增加。通过循环伏安对碱性体系的丙三醇电催化氧化表明,Pd-TiO_(2)/C(70∶30)显示了非常好的催化活性:起始氧化电位也变得更负达到-0.4V vs Ag/AgCl,氧化电流达到14.91 mA/cm,优于Pd-TiO_(2)/C(90∶10)的9.37 mA/cm和Pd-TiO_(2)/C(50∶50)的4.88 mA/cm,明显高于Pd/C和TiO_(2)/C的1.88和0.55 mA/cm。I-t实验表明1000 s之前Pd-TiO_(2)/C展现出最高的电流密度,但在1000 s后电流密度有一定程度的下降,表明催化剂的催化活性很高但长期稳定性方面需要进一步提升。在碱性直接丙三醇燃料电池中进行的实验表明,所制备的Pd-TiO_(2)/C(50∶50)、Pd-TiO_(2)/C(70∶30)和Pd-TiO_(2)/C(90∶10)对甘油的电化学氧化性能均优于Pd/C电催化剂,其中,Pd-TiO_(2)/C(70∶30)的催化活性最好:开路电压达到817 mV,最大功率密度达到12.5mW/cm,高于Pd-TiO_(2)/C(50∶50)的12.4mW/cm、Pd-TiO_(2)/C(90∶10)的7.9mW/cm、Pd/C的3.7mW/cm以及TiO_(2)/C的2.25 mW/cm,这表明,TiO_(2)对Pd/C催化剂有很好的促进作用,这种协同效应可以归因为TiO_(2)对Pd的电子效应和双功能机理,同时Pd和TiO_(2)比例为70∶30时,其催化性能达到最优。ATR-FTIR结果表明,反应后所有Pd-TiO_(2)/C电催化剂表面均有甘油醛、羟丙酮酸、甲酸等高附加值产物生成,为直接丙三醇燃料电池电-化学品联产提供一定的依据。