鋰鎳復(fù)合氧化物作直接甲醇燃料電池陽極催化劑載體的研究.pdf

1、由于結(jié)構(gòu)簡單、能量轉(zhuǎn)化效率高、對(duì)環(huán)境無污染，直接甲醇燃料電池(DMFC)在汽車和微電子領(lǐng)域作為常規(guī)能源的替代品越來越受到關(guān)注。目前，DMFC中最常用的催化劑是鉑，但在甲醇氧化的過程中鉑催化劑非常容易中毒，且鉑的價(jià)格非常昂貴，這都限制了DMFC的大規(guī)模的生產(chǎn)，因此，效率高且價(jià)格低廉的催化劑的研究就變得越來越迫切。 本論文首先對(duì)文獻(xiàn)有關(guān)DMFC陽極催化劑的中毒機(jī)理和抗中毒機(jī)理的研究進(jìn)行了綜述，并根據(jù)陽極催化劑的抗中毒機(jī)理中的雙功能機(jī)

2、理，提出了一種新的提高催化劑的抗中毒能力的研究思路。 由雙功能機(jī)理可知，能形成活性氧的物質(zhì)，均可能提高催化劑抗中毒能力。而很多高價(jià)金屬氧化物都有分解水或與水作用形成-OHads的能力，這就為采用非貴金屬替代目前廣泛采用的釕、鈀等貴金屬催化劑提供了可能性。對(duì)于替代釕、鈀等貴金屬的高價(jià)金屬氧化物，一方面應(yīng)該具有足夠的穩(wěn)定性，不能與水強(qiáng)烈作用，另一方面應(yīng)不氧化甲醇，導(dǎo)致電池效率的降低。由于+3價(jià)Ni有與水作用生成．OHads的能力，而

3、摻雜的鋰鎳復(fù)合氧化物L(fēng)iNi<,(1-x)>M<,x>O<,2>(M=Al、Co、Mg)一方面可以提供高價(jià)金屬鎳，另一方面具有足夠的穩(wěn)定性，因此，本論文對(duì)能活化水形成活性氧的且穩(wěn)定的摻雜復(fù)合金屬氧化物用作催化劑載體的可能性進(jìn)行了研究。 本論文工作主要包括如下內(nèi)容： 用高溫固相法合成了摻雜鋁、鈷、鎂的鋰鎳復(fù)合氧化物，并用XRD技術(shù)對(duì)合成的摻雜復(fù)合氧化物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，結(jié)果顯示LiNi<,(1-x)>M<,x>O<,2>(

4、M=Al，Co，Mg)的結(jié)構(gòu)和鎳酸鋰的結(jié)構(gòu)是一樣的，在這種結(jié)構(gòu)中鎳是三價(jià)的。 用常規(guī)的三電極體系在0.5 tool.dm<'-3>H<,2>SO<,4>/0.5 tool.dm<'-3>H<,2>SO<,4>+1mol.dm<'-3>CH<,3>OH中對(duì)LiNi<,(1-x)>M<,x>O<,2>(M=Al，Co，Mg)的穩(wěn)定性和電化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，這三系列的摻雜復(fù)合氧化物是非常穩(wěn)定的，可以用來作甲醇燃料電池陽極

5、催化劑的載體。實(shí)驗(yàn)還表明，鋁摻雜復(fù)合氧化物催化劑載體具有一定的催化活性，可能與Al<,2>O<,3>獨(dú)立相的存在有關(guān)。而摻雜Co、Mg的復(fù)合氧化物雖然具有活化水的能力，但沒有催化活性。這表明活化水和催化甲醇氧化在摻雜鋰鎳復(fù)合氧化物表面是獨(dú)立進(jìn)行的兩個(gè)過程，更證明了雙功能機(jī)理的正確性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果還證明了水是在Ni(+3)位置被氧化并形成-OHads的活化機(jī)理。采用高分辨電鏡對(duì)Pt/LiNi<,(1-x)>M<,x>O<,2> (M=Al，M

6、g) 的形貌進(jìn)行了表征。結(jié)果表明，在摻雜復(fù)合氧化物上形成的鉑催化劑顆粒比較小，這表明催化劑的分散性是比較好的。用常規(guī)的三電極體系在0.5 mol·dm<'-3>H<,2>SO<,4>/0.5 mol·dm<'-3>H<,2>SO<,4>+1mol．dm<'-3>CH<,3>OH 中對(duì)負(fù)載在LiNi<,(1-x)>M<,x>O<,2> (M=Al，Co，Mg) 上的催化劑的穩(wěn)定性和電化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了測(cè)定，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，這三系列的催化劑的穩(wěn)定