鉑-氧化鈰-石墨烯作為直接甲醇燃料電池陽極催化劑的研究.pdf

1、直接甲醇燃料電池作為一種新型綠色能源，由于其較高的能量密度、使用液態(tài)燃料、較低的運營成本等優(yōu)點在移動運輸設(shè)備及便攜式裝備領(lǐng)域具有極大的應(yīng)用前景。然而，直接甲醇燃料電池最有效的催化劑——鉑基復(fù)合催化材料，由于其催化效率低還極易受甲醇電催化氧化過程中的中間產(chǎn)物一氧化碳毒化，極大地限制了直接甲醇燃料電池的商業(yè)化應(yīng)用。為了解決鉑基催化材料在直接甲醇燃料電池中面臨的問題，研究人員將鉑與氧化鈰做成Pt/CeO2基復(fù)合催化劑，以通過鉑與氧化鈰的協(xié)同作

2、用來提高鉑基催化劑的催化性能。研究表明：氧化鈰暴露不同的晶型具有不同的一氧化碳氧化能力。然而，目前為止通過調(diào)整氧化鈰的晶型來優(yōu)化Pt/CeO2基復(fù)合催化劑的整體催化性能相關(guān)的研究相對欠缺。同時，通過調(diào)整氧化鈰的形貌來改善催化劑的整體性能也面臨諸多挑戰(zhàn)。本文試圖通過調(diào)控氧化鈰的晶型來提高催化劑的性能。另外，通過設(shè)計構(gòu)筑一種氧化鈰與石墨烯的三維立體結(jié)構(gòu)來提高活性位點鉑的暴露以提高催化劑的電化學(xué)性能。
　　通過探索調(diào)整水熱過程的溫度、溶

3、液氫氧化鈉濃度、水熱時間等因素成功地實現(xiàn)了對氧化鈰的調(diào)控合成，制備了三種具有不同形貌/晶型的氧化鈰。隨后，將三種不同形貌/晶型的氧化鈰通過自組裝法與鉑、石墨烯組裝成Pt-xCeO2/Graphene復(fù)合催化劑。對不同的催化劑進行了電化學(xué)性能對比研究，發(fā)現(xiàn)由棒狀氧化鈰({110}&{100})修飾的Pt-rCeO2/Graphene復(fù)合材料表現(xiàn)出最好的電化學(xué)性能。與其他幾種材料對比發(fā)現(xiàn)Pt-rCeO2/Graphene不僅具有最低的起始電

4、位(0.152 V)還表現(xiàn)出最高的甲醇氧化峰值電流(286.7 mA/mg)，更重要的是通過計算發(fā)現(xiàn)Pt-rCeO2/Graphene相比其他幾種材料其If/Ib比值最高可達2.11。研究表明Pt-rCeO2/Graphene與其他材料相比明顯地表現(xiàn)出更高的電化學(xué)活性及更強的抗一氧化碳毒化能力。
　　此外，通過原位生長法在氧化石墨烯表面成功地修飾上了棒狀氧化鈰，隨后，通過EG還原法將鉑復(fù)合到 NRCeO2/Graphene上，組裝

5、成一種具有三維立體結(jié)構(gòu)的復(fù)合催化劑Pt-NRCeO2/Graphene，與其他材料相比，Pt-NRCeO2/Graphene展現(xiàn)出最高的If值(498 mA/mg)，對氫的吸脫附曲線峰進行積分計算結(jié)果顯示Pt-NRCeO2/Graphene的電化學(xué)活性表面積高達72.6 m2/g。另外，計時電流表征結(jié)果顯示，這種三維結(jié)構(gòu)設(shè)計的Pt-NRCeO2/Graphene催化劑具有最高的穩(wěn)定電流(30.5 mA/mg)。這充分說明了這種三維結(jié)構(gòu)的