巰基增強(qiáng)多壁碳納米管上Au＾Pt納米催化劑穩(wěn)定性研究.pdf

1、當(dāng)前，質(zhì)子交換膜燃料電池(H2-PEMFC)所用的催化劑為Pt/C催化劑，在燃料電池的長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行過(guò)程中，會(huì)因碳載體的腐蝕，Pt溶解、Pt遷移團(tuán)聚及Pt中毒等原因而逐漸退化，這是導(dǎo)致PEMFC目前尚不能商業(yè)化應(yīng)用的重要原因之一。因此，研制高活性，長(zhǎng)壽命的PEMFC催化劑成為這一領(lǐng)域的熱點(diǎn)和具有挑戰(zhàn)性的課題，是關(guān)系到PEMFC能否商業(yè)化應(yīng)用的頭等大事。
　　 針對(duì)目前商業(yè)化Pt/C催化劑穩(wěn)定性較差的缺點(diǎn)，本課題設(shè)計(jì)了Au^Pt/SH

2、-MWCNTs催化劑，希望能利用巰基強(qiáng)的化學(xué)鍵和力和Au對(duì)Pt的修飾作用提高催化劑的穩(wěn)定性。
　　 本文首先制備了Au^Pt/SH-MWCNTs催化劑。Au^Pt/SH-MWCNTs催化劑的制備方法如下：首先巰基化多碳納米管，然后用乙二醇回流法依次將HAuCl4和H2PtCl6依次還原沉積到巰基化的多壁碳納米管上，最后對(duì)新制的催化劑在H2氣氣氛中150℃下熱處理1h。實(shí)驗(yàn)證明了該催化劑不但活性高，而且穩(wěn)定性好。
　　 采

3、用循環(huán)伏安加速壽命實(shí)驗(yàn)和TEM方法研究催化劑的穩(wěn)定性發(fā)現(xiàn)：Au^Pt/SH-MWCNTs催化劑在1500次循環(huán)伏安測(cè)試前后循環(huán)伏安圖(CV)變化較小，電化學(xué)活性表面積(ESCAs)僅下降了19％，而相同條件下Johnson Matthey Pt/C(40 wt.％)催化劑CV圖變化卻較大，ESCAs下降了75％。循環(huán)伏安前后的透射電子顯微鏡照片并沒(méi)有顯示出明顯的Au^Pt納米粒子團(tuán)聚現(xiàn)象，而商業(yè)化催化劑的團(tuán)聚現(xiàn)象嚴(yán)重。上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明：

4、Au^Pt/SH-MWCNTs催化劑的穩(wěn)定性要好于Johnson Matthey Pt/C(40 wt.％)。
　　 最后，本文還結(jié)合實(shí)驗(yàn)，采用密度泛函方法模擬計(jì)算了巰基化碳納米管和Au對(duì)增強(qiáng)Au^Pt/SH-MWCNTs催化劑穩(wěn)定性的量子化學(xué)原因。結(jié)果表明，雖然S本身對(duì)Pt不能提供較C更大的錨定作用，但S能增強(qiáng)近S位C對(duì)Pt的錨定和吸附作用，并能改變載體表面的電子密度分布，使Pt簇構(gòu)型發(fā)生形變而減弱Pt-Pt間的相互作用，降低

5、Pt簇模型的團(tuán)聚；近S位C原子對(duì)Pt的強(qiáng)相互作用也能有效的抑制Pt在S-SWNTs表面的遷移，Pt-Pt間的弱相互作用也使得Pt簇在S-SWNTs上的團(tuán)聚活化能較純SWNTs更大，變形活化能也有所增加。說(shuō)明S-SWNTs能有效抑制催化劑的遷移團(tuán)聚長(zhǎng)大，利于增強(qiáng)催化劑的穩(wěn)定性。而Au對(duì)增強(qiáng)Pt催化劑穩(wěn)定性的貢獻(xiàn)主要是由于經(jīng)Au修飾的Pt納米簇具有更負(fù)的d帶中心，更低內(nèi)聚能降低，更小的M-M的鍵能。因此，金簇修飾后的Pt催化劑中的Pt原子比