平面聚合卟啉類催化劑的制備及催化性能研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、燃料電池作為一種高效、環(huán)境友好型的能源利用方式而受到人們的廣泛關(guān)注。但迄今為止,燃料電池仍然存在很多技術(shù)難題,如,鉑系陰極催化劑價格昂貴、資源受限;在直接甲醇燃料電池中易甲醇中毒等問題一直困擾著人們。過渡金屬大環(huán)化合物陰極催化劑由于具有耐甲醇性能而得到了廣泛研究。但是,普通單環(huán)過渡金屬大環(huán)化合物催化劑仍然存在催化活性低、穩(wěn)定性差等問題。因此,尋求一種高活性、高穩(wěn)定性催化劑一直受到人們的關(guān)注。
  為了解決以上問題,本文設計了一種平

2、面聚合金屬卟啉(PTPPM),由于共軛結(jié)構(gòu)在平面上的延伸,使得整個聚合物分子構(gòu)成一個平面大環(huán)共軛體系,電子離域能較單環(huán)卟啉更低,因此,其催化活性更高,選擇性和催化穩(wěn)定性會更好。
  在高純氬氣環(huán)境下,meso-5,10,15,20-四(對羧基苯基)卟啉鈷(Ⅱ)、鐵(Ⅱ)(TCPPM)通過氣相沉積方法可制得PTPPM。紅外光譜(IR)和紫外-可見光光譜(UV-Vis)測試得到樣品為目標產(chǎn)物(PTPPM);差熱分析(TG)對PTPPM

3、進行熱穩(wěn)定性分析,結(jié)果表明,化合物在600℃之前可以穩(wěn)定存在;在Fentons試劑中回流72h,樣品UV-Vis光譜測試表明,聚合物沒有分解、金屬離子沒有脫落,PTPPM具有很好的化學穩(wěn)定性。
  以PTPPM為前體,用活性碳固載、在惰性氣體環(huán)境下活化,制備PTPPM/C陰極催化劑。研究了催化劑的最佳工藝條件、催化活性、選擇性、耐甲醇性及穩(wěn)定性。旋轉(zhuǎn)圓盤電極(RDE)對催化劑進行催化氧還原性能測試,結(jié)果表明,其最佳工藝為載量6%,

4、活化溫度600℃。PTPPM/C在酸性環(huán)境下,最佳起始還原電位可達到0.84V,還原電子數(shù)可達3.83(為四電子還原路線)。超過普通單體卟啉催化劑約0.06V。在堿性環(huán)境下其半坡電位與Pt/C催化劑僅相差0.0005V。催化劑具有很好的耐甲醇性能。使用透射電鏡(TEM)對催化劑進行形貌表征;元素分析(EDX)、X射線粉末衍射儀(XRD)對催化劑進行組成和結(jié)構(gòu)測試;結(jié)果表明:當載量為6%,活化溫度為600℃時PTPPM可均勻的覆蓋在活性碳

5、表面;表面微觀區(qū)域元素分析結(jié)果與理論計算值相符;催化劑表面為無定形結(jié)構(gòu)。
  用電化學聯(lián)合光譜學測試了催化劑的催化穩(wěn)定性。經(jīng)過10,000圈循環(huán)伏安測試、200次線性伏安測試和60小時時間-電流測試后的催化劑,萃取出的樣品,用UV-Vis光譜分析。結(jié)果表明:與普通單環(huán)卟啉催化劑相比,PTPPM/C催化劑的催化活性沒有明顯衰減;PTPPM結(jié)構(gòu)沒有分解、金屬離子沒有脫落。因此PTPPM/C催化劑是一種高活性、選擇性和穩(wěn)定性的燃料電池陰

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