過渡金屬氮化物及其碳納米管復(fù)合材料載鉑催化劑對甲醇氧化性能研究.pdf

1、隨著能源和環(huán)境問題日益突出，作為新一代清潔能源的高效、環(huán)保直接甲醇燃料電池引起了全球的廣泛關(guān)注和研究。然而，目前廣泛使用以碳材料為載體的Pt/C催化劑由于其載體不夠堅固且與金屬顆粒僅有弱相互作用能力，在燃料電池操作環(huán)境下容易被電化學(xué)氧化腐蝕，進而引發(fā)貴金屬從碳載體上遷移、團聚，造成催化劑性能的下降，大大縮短了催化劑的使用壽命。因此，設(shè)計和合成高催化活性和高耐久性的催化劑具有十分迫切的需求。本文采用液相法和后氮化處理技術(shù)合成氮化鈦納米管(

2、TiNNTs)和氮化鈷鈦(TiCoN)-碳納米管復(fù)合載體，并將其負載Pt顆粒(NPs)用于甲醇氧化電催化。通過X射線衍射（XRD）、掃描/透射電子顯微鏡（SEM/TEM）、氮氣吸/脫附、X射線光電子能譜(XPS)以及電化學(xué)測試進行研究催化劑的形貌、結(jié)構(gòu)和催化性能。
　　甲醇氧化測試中，Pt/TiN NTs比傳統(tǒng)Pt/C(E-TEK)催化劑具有更高的催化活性和耐久性。XRD測試結(jié)果說明TiN NTs由面心立方相結(jié)構(gòu)的多晶組成。TiN

3、 NTs的氮氣脫附/吸附測試曲線具有典型的H3滯后環(huán)的Ⅳ型等溫線，說明TiN NTs具有介孔結(jié)構(gòu)。SEM和TEM測試結(jié)果說明多孔納米管管壁是由均一的氮化鈦納米立方顆粒構(gòu)成。同時，負載在TiN NTs表面的Pt顆粒具有尺寸小和高分散性的特點。TiN NTs在經(jīng)過循環(huán)伏安(CV)測試后其納米管的形貌依舊完好保留，說明TiN NTs在直接甲醇電池操作系統(tǒng)下具有高電化學(xué)穩(wěn)定性。通過XPS和CO溶出伏安測試結(jié)果說明Pt NPs與TiNNTs載體之

4、間有強相互作用，這有利于在甲醇氧化過程中CO從Pt表面上的脫離。
　　甲醇氧化測試中，Pt/CNTs@TiCoN比傳統(tǒng)Pt/C(JM)催化劑具有更高的催化活性和耐久性。XRD測試結(jié)果說明銳鈦礦型TiO2經(jīng)過氮化后完全轉(zhuǎn)化為氮化鈦結(jié)構(gòu)以及Co元素完全進入TiN結(jié)構(gòu)中形成高純單相晶體。TEM測試結(jié)果說明Pt NPs極少團聚且高度分散在CNTs@TiCoN載體表面。計時電流法測試結(jié)果說明Pt/CNTs@TiCoN催化劑在甲醇氧化中具有優(yōu)

5、異的電催化活性和較高的抗有機中間體毒化能力。通過XPS測試結(jié)果說明Pt原子與CNTs@TiCoN載體之間具有強相互作用，同時Co元素的摻入能大大提高Pt/CNTs@TiCoN催化劑中Pt(0)的比例，這有助于提高催化劑活性。ADT測試結(jié)果表明CNTs@TiCoN載體能顯著提高催化劑的耐久性。經(jīng)過10000圈的ADT測試后，Pt/CNTs@TiCoN催化劑的電化學(xué)活性比表面積為起始的76％，遠遠超過傳統(tǒng)Pt/C(JM)催化劑。實驗結(jié)果表明