碳納米管和二氧化鈦負(fù)載Pt基催化劑及其有機小分子電催化氧化性能研究.pdf

1、作為一種優(yōu)良的新型電源，以有機小分子作為燃料的燃料電池因其能量轉(zhuǎn)換效率高、燃料便宜、啟動速度快等特點被廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域。在燃料電池研究工作中，催化劑的開發(fā)與設(shè)計是核心研究內(nèi)容之一。目前，Pt和Pt基貴金屬催化劑是有機小分子燃料電池中最常使用的電催化劑，通常將它們負(fù)載到合適的載體上。然而貴金屬電催化劑的制備成本較高、催化活性較低以及長期穩(wěn)定性較差成為阻礙有機小分子燃料電池商業(yè)化的重要壁壘。因此，如何制備小粒徑、高分散的貴金屬納米顆粒，如

2、何進(jìn)一步降低成本、提高Pt的利用率成為當(dāng)今有機小分子燃料電池研究中的一個重要課題。
　　本文從合金組成以及載體的角度考慮，分別采用電化學(xué)沉積法、液相浸漬還原法及微波輔助乙二醇還原法制備出具有小尺寸和高分散的Pt-M(Ir，Ru)和Pt催化劑，并系統(tǒng)地研究了它們對葡萄糖或者甲醇的電催化氧化性能。
　　所開展的研究工作如下:
　　1、通過調(diào)節(jié)電沉積溶液中Pt和Ir前驅(qū)物的摩爾比，采用電化學(xué)沉積法將Pt、Ir納米粒子負(fù)載在碳

3、納米管(CNTs)上，制備出PtxIry/CNTs（Pt3Ir1/CNTs、Pt1Ir1/CNTs和Pt1Ir3/CNTs）以及Pt/CNTs納米復(fù)合物。催化劑的形貌采用透射電子顯微鏡(TEM)進(jìn)行考察，結(jié)果表明:貴金屬納米粒子的平均粒徑為4.0±0.5nm。PtxIry/CNTs和Pt/CNTs催化劑對葡萄糖氧化的電催化性能采用循環(huán)伏安法(CV)和計時電流法(CA)進(jìn)行考察，結(jié)果表明:與Pt/CNTs納米復(fù)合物相比，所制備的一系列Pt

4、xIry/CNTs納米復(fù)合物電催化氧化葡萄糖的性能更好，其中性能最優(yōu)的為Pt1Ir1/CNT納米復(fù)合物。
　　2、采用羧甲基纖維素納(CMC)對CNTs進(jìn)行表面修飾，制備出羧甲基纖維素功能化碳納米管(CNTs-CMC)載體，通過液相浸漬還原法成功地合成出PtRu/CNTs-CMC納米復(fù)合物。采用傅里葉變換紅外光譜(FTIR)和拉曼(Raman)光譜對CNTs-CMC進(jìn)行了表征，并通過TEM和CV對PtRu/CNTs-CMC的形貌和

5、對甲醇電催化氧化性能進(jìn)行了研究。結(jié)果表明:CMC功能化CNTs的過程不會對CNTs的結(jié)構(gòu)造成破壞，PtRu納米粒子的平均粒徑為3.5±0.5nm并且分散性好。和基于以未經(jīng)處理的CNTs為載體制備的PtRu/CNTs相比，PtRu/CNTs-CMC對甲醇的電氧化顯示出更高的催化活性和更好的長期穩(wěn)定性。
　　3、采用溶膠凝膠法制備氮摻雜的納米二氧化鈦(TiO2-xNx)，并以其為載體，運用微波輔助乙二醇還原法制備Pt/TiO2-xNx