纳米Pd/MWCNTs催化剂的制备及其氧还原性能研究 *

莫家轩，韦庆磊，陈厚权，尹连琨，罗志虹,2，姜艳丽,2，孟征兵,2，李玉平,2*

(1.桂林理工大学材料科学与工程学院，广西 桂林 541004；2.有色金属及材料加工新技术教育部重点实验室，桂林理工大学，广西 桂林 541004)

1 引言

燃料电池是一种可以持续提供电能的能量转换器件，其负极通入燃料，发生氧化反应，正极通入氧气，发生还原反应。直接甲醇燃料电池是一种以甲醇为燃料的质子交换膜燃料电池[1,2]。在正极，氧气可能被2电子还原生成H2O2，也可能被4电子还原生成H2O或者OH-[3,4]。由于4电子过程能量密度高，因此燃料电池正极必须为促进4电子氧还原过程的电催化剂。此外，氧还原反应动力学迟缓，商用铂催化剂(Pt/C)可以提高氧还原反应动力学，但纳米Pt容易团聚和溶解，且会被负极穿梭来的甲醇毒化，再者铂资源匮乏，催化剂成本高[5]。因此，研究者们一直致力于研究低铂或者无铂的氧还原催化剂[6,7]。

低铂电催化剂，如Pt-Fe、Pt-Ni、Pt-Cu等展现出较好的ORR催化活性[8]。Guo等制备了Pt-Cu纳米线网络的质量催化活性是商用Pt/C催化剂的14.1倍[9]。无铂的贵金属催化剂，如Au、Ag等[10,11]，过渡金属氧化物或氮化物等[12]，通过合理的结构调控，能显著提高ORR催化活性和稳定性。Guo等采用配体保护法制备的纳米Ag/MWCNTs展现出与商用Pt/C相当的催化活性和更好的稳定性[11]。此外，钯与铂具有相似的物理性质，包括fcc晶体结构和原子半径，亦具有较好的ORR催化活性[13]。

本文以四羟甲基氯化磷(THPC)为还原剂，以多碳纳米管(MWCNTs)为载体，采用一步法制备纳米Pd/MWCNTs，Pd纳米粒子的平均粒径约3～4 nm。……