直接热分解法制备单相PdFe 合金催化剂

                                      直接热分解法制备单相PdFe 合金催化剂

　　直接甲醇燃料电池(DMFC)具有比能量高、燃料储运和使用安全方便、结构简单等优点, 在便携式电源和车载电源等领域具有广泛的应用前景。目前DMFC 的性能与商业化的要求仍有较大的差距, 主要是因为DMFC 中阴极氧还原(ORR)催化剂性能不佳, 导致氧还原动力学反应较慢, 造成阴极电势损失0.3~0.4 V[1]; 其次是甲醇易透过质子交换膜到达阴极, 并导致阴极催化剂中毒, 这不仅使甲醇得不到充分的利用, 而且严重影响电池的性能。因此,研究高性能且耐甲醇的氧还原阴极催化剂是DMFC研究中的一个重要课题。在众多催化剂中, Pd 基催化剂对氧还原的电催化性能较好, 但对甲醇氧化无电催化活性。而且Pd 来源较丰富, 价格便宜, 因此, Pd 基催化剂作为DMFC 中的阴极催化剂引起了研究者的广泛兴趣,尤其是掺杂Fe 的Pd-Fe 纳米催化剂对氧还原显示出良好的电催化性能, 引起了人们的广泛重视。研究表明, 拥有富Pd 表面和近表面合金层结构的催化剂对氧的电催化还原更为有利。然而, 理想的Pd-Fe 合金催化剂仍然很难获得。这主要是由于Pd 和Fe 的还原电极电势存在着较大差异, 用常规的液相还原方法制备的Pd-Fe 催化剂是一个内部富Pd、表面富Fe 的非均相结构, 导致Pd 的利用率降低, 催化剂性能下降。因此Pd-Fe 复合催化剂需要在常规化学还原基础上, 进行高温(500~900℃)热处理, 有效克服贵金属原子从粒子内部向催化剂表面迁移的动力学障碍, 形成表面富Pd 结构的Pd-Fe 合金催化剂, 但是, 由于常规化学还原法获得的Pd-Fe 前驱体本身分布极不均匀, 高温热处理仍然不能有效提高催化剂的均一性。并且, 高温热处理不可避免地会导致金属纳米粒子的粒径增大, 从而降低了催化剂的电催化性能。本工作通过将金属的醋酸盐前驱体以分子状态分散混合, 并沉积在活性碳表面, 从而获得具有高度分散性的复合金属盐的前驱体, 然后在(H2: N2 为1: 5)气氛中进行低温热分解(温度为300℃), 制备具有单相均一合金结构的Pd-Fe 复合催化剂。电化学数据表明直接热分解制备得到Pd3-Fe1/C 催化剂对氧还原具有极高的电催化活性。