鉑基復合催化劑的合成及其對甲醇電催化氧化性能的研究.pdf

1、能源的短缺,給人類的生存條件和自然環(huán)境造成了極大的破壞。燃料電池作為一種不經(jīng)過燃燒,直接以電化學方式將化學能轉化為電能的發(fā)電裝置,有望成為21世紀的潔凈、高效的發(fā)電技術之一。直接甲醇燃料電池(Direct Methanol FuelCell)是燃料電池的一個重要分支,以甲醇為燃料,具有無污染、能量轉化率高、儲存和運輸方便等優(yōu)點,在便攜式電源、電動機車和野外電站等方面可能得到應用。但是目前阻礙DMFC發(fā)展的主要問題是低溫條件下甲醇在陽極上

2、的電催化氧化活性不高。Pt、Pt基合金以及Pt摻雜氧化物以其優(yōu)異的催化性能而成為DMFC的陽極催化劑。眾所周知,催化劑的活性與其顆粒大小、分布、形貌等因素都有著密切的關系,所以制備粒徑適宜、分布均勻、以及具有高表面積的催化劑是提高催化活性的關鍵。
　　 本論文采用了化學和電化學方法,如化學還原,循環(huán)伏安,恒電位沉積等方法制備電催化劑。采用X射線粉末衍射(XRD)、掃描電鏡(SEM)、X射線能量色散(EDX)、及透射電鏡(TEM)

3、等研究手段對其結構和組成進行表征,并采用電化學方法分析研究電催化劑對甲醇的電催化氧化,并取得了以下的主要研究結果:
　　 (1)采用循環(huán)伏安法制備Pt-Au復合催化劑于導電玻璃(ITO)上。通過掃描電鏡(SEM),X射線能量色散譜(EDX),X射線衍射(XRD)及其電化學方法對催化劑樣品進行了表征。SEM結果表明,Pt-Au復合催化劑的形貌近似球狀粒子。循環(huán)伏安法和計時電流法的測試結果表明,復合催化劑中Au的加入有利于甲醇的電催

4、化氧化,并提高了Pt對甲醇氧化的抗毒化能力。同時研究了復合催化劑中Au的不同含量對甲醇氧化的影響,結果表明,Pt1.07Au催化劑具有最佳的甲醇電催化氧化活性。
　　 (2)采用化學還原法合成Pt-ZiO2納米復合催化劑,直接修飾到導電玻璃(ITO)上。TEM結果表明,Pt納米粒子的平均粒徑約為2.6 nm,均勻地分散在TiO2表面。XRD表征結果表明,Pt呈現(xiàn)出面心立方晶型,而TiO2以金紅石和銳鈦礦兩種形式存在。在紫外光照射

5、下,Pt-TiO2／ITO電極對甲醇電催化氧化活性有很大的提高,同時,計時電流曲線結果表明,Pt-TiO2／ITO電極對甲醇氧化的抗中毒性也得到很大的提高。
　　 (3)以碳納米管為載體,將其溶于乙醇溶液,加入5％Nafion混合超聲均勻,然后取10μl滴至玻碳電極表面,以此作為基體。然后采用恒電位法分別在CNT／GC電極表面沉積Pt、PtAu、PtAuRu等鉑基多元合金,并研究了這些電極對甲醇的電催化氧化,結果表明鉑基三元合金

6、(PtAuRu／CNT)對甲醇的電催化性能比鉑基二元(PtAu／CNT)的要高,鉑基二元合金(PtAu／CNT)的催化活性又比一元(Pt／CNT)的活性高,其中Pt:Au:Ru原子比為2.5:1:1時對甲醇的電催化活性最高。
　　 (4)采用一步,無模板電沉積法合成不同形貌的Pt納米粒子。通過SEM,EDX,XRD及電化學方法對其樣品進行表征。Pt納米結構的形貌受多種條件的影響,如,電解液種類,溶液濃度以及沉積時間等。不同形貌的