PtRu合金催化劑電催化氧化甲醇的催化作用機理.pdf

1、直接甲醇燃料電池（DMFC）因能量轉(zhuǎn)換效率與比能量較高，甲醇來源豐富，潔凈環(huán)保，可低溫快速啟動的優(yōu)勢，使其可成為未來便攜式產(chǎn)品應用的主流。目前DMFC的能量轉(zhuǎn)換效率和功率密度與理論值存在差異，究其根本，是因為催化劑活性和穩(wěn)定性達不到理想要求。
　　明確催化機理對催化劑的發(fā)展至關重要。催化機理的研究可為提高催化劑性能，改進催化劑制備方法提供理論依據(jù)。PtRu合金是目前公認穩(wěn)定性、電化學活性最好的合金催化劑之一，但其電催化甲醇氧化的機

2、理一直存在爭議，阻礙了催化劑研究的進一步發(fā)展。目前研究者們主張雙功能機理或主張電子效應機理，雖然這兩種機理從不同的角度出發(fā)，能夠闡明Pt基納米合金的一些實驗現(xiàn)象，各有一定的說服力，但也都存在不能說明的問題。因此本論文對PtRu合金催化劑電催化氧化甲醇催化機理做了進一步探索，并提出PtRu合金催化劑電催化氧化甲醇是電子效應與雙功能機理協(xié)同作用，對Pt基納米金屬新型催化劑的研發(fā)提供新的依據(jù)。
　　本文采用液相還原法和兩步化學還原法分別

3、制備了直徑相近、Pt/Ru原子比例不同的合金型PtRu/C和核殼型Ru@Pt/C催化劑，通過XRD、TEM、EDS、XPS等物理技術(shù)手段，對催化劑的晶體結(jié)構(gòu)、表面元素組成進行了物理表征，說明兩種催化劑中Pt、Ru原子間的電子效應的存在及其強度。通過CV、EIS、CA等測試手段對催化劑的電化學性能進行了表征。對比分析表征結(jié)果，進一步探究了合金型PtRu/C催化劑電催化氧化甲醇的催化作用機理。
　　TEM表征，EDS，XPS實測催化劑

4、Pt/Ru原子比以及0.5 mol/L硫酸溶液中的循環(huán)伏安曲線共同說明，制備的兩類催化劑均為球形，粒徑約9~11 nm，Ru@Pt/C催化劑為核殼結(jié)構(gòu)，PtRu/C催化劑為合金結(jié)構(gòu)。XRD結(jié)果顯示，Pt0.33Ru1/C中Pt原子呈非晶態(tài)結(jié)構(gòu)，Pt0.5Ru1/C中Pt原子存在非晶態(tài)結(jié)構(gòu)趨勢，Ru1@Pt0.33/C中Pt原子形成微晶薄膜。通過分析XRD和XPS的結(jié)果推斷出兩種催化劑均存在電子效應。Pt原子呈晶態(tài)結(jié)構(gòu)時，隨Pt原子比增大

5、，兩種催化劑電子效應強度均減小，其中Pt1Ru1/C，Ru1@Pt0.5/C在各自體系中電子效應強度最高，相同Pt/Ru原子比下，兩種催化劑電子效應近似相同。
　　循環(huán)伏安、交流阻抗、計時電流測試結(jié)果說明，當Pt原子呈晶態(tài)結(jié)構(gòu)時，隨Pt原子比增大，兩種催化劑催化活性均減小，Pt1Ru1/C，Ru1@Pt0.5/C催化劑在各自催化體系中性能最佳，這與電子效應強度隨Pt原子比增大而減小的變化規(guī)律相一致。當Pt原子呈非晶態(tài)或微晶結(jié)構(gòu)時，