燃料電池用碳氣凝膠載鉑基催化劑的制備與表征.pdf

1、質(zhì)子交換膜燃料電池,尤其是直接甲醇燃料電池被認為是最具前景的能源電池。燃料電池通過電化學(xué)反應(yīng)將燃料和氧化劑中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,在這其中催化劑起著至關(guān)重要的作用。目前燃料電池存在的主要是問題是耐用性和價格,這兩方面都與催化劑有著密切的關(guān)系。本文就是以制備新型載體為出發(fā)點,制備了一些新型催化劑,并展開了相關(guān)電催化研究。主要進展如下:
　　 1.以間苯二酚和甲醛為原料,以碳酸鈉為催化劑,通過溶膠-凝膠法制備了凝膠,經(jīng)過酸化、溶劑置換

2、、半密封式干燥和高溫碳化得到了碳氣凝膠。通過紅外、拉曼、BET、TEM、XRD等檢測技術(shù)分析了碳氣凝膠的結(jié)構(gòu)。碳氣凝膠是一種具有三維納米網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的非晶型碳材料,由直徑約為30-40nm的球狀顆粒構(gòu)成,平均孔徑為18.2nm,且孔徑分布較窄,比表面積高達634.7 m2/g。碳氣凝膠有一定的石墨化。電化學(xué)測試表明碳氣凝膠有著更加優(yōu)良的電化學(xué)性質(zhì)。
　　 2.采用碳氣凝膠為載體,通過間歇式微波加熱多元醇法制備得到了Pt/碳氣凝膠催化

3、劑。Pt粒子以圓形小顆粒均勻分布在碳氣凝膠上,并且高度分散,基本上沒有團聚,粒徑多數(shù)分布在2.0-5.0nm之間,這也是Pt催化劑活性最高的顆粒粒徑分布范圍。Pt粒子以面心立方結(jié)構(gòu)存在,且以Pt[111]面居多。電化學(xué)測試表明Pt/碳氣凝膠催化劑有著較高的電催化活性和穩(wěn)定性,且表明該催化劑對甲醇的電催化氧化過程是一種典型的擴散控制的電化學(xué)反應(yīng)過程。鉑碳氣凝膠催化劑應(yīng)用于燃料電池有著重要的意義。
　　 3.采用間歇式微波輻射加熱多

4、元醇法制備了一系列的不同原子比例的PtAu/碳氣凝膠催化劑。PtAu/碳氣凝膠系列催化劑中催化劑粒子在載體碳氣凝膠上分布均勻、高度分散,粒徑多分布2.0-5.0nm之間。催化劑中鉑粒子以是以面心立方結(jié)構(gòu)存在,該系列催化劑中XRD特征峰發(fā)生負向偏移,且隨著Au含量的增加偏移量越大。電化學(xué)測試表明當原子比例nPt:nAu=2:1時PtAu/碳氣凝膠催化劑對甲醇的催化氧化的電化學(xué)活性和穩(wěn)定性最高。
　　 4.以碳氣凝膠為催化劑載體,采