石墨化瀝青基超細(xì)炭粉負(fù)載Pt基電催化劑的研究.pdf

1、直接甲醇燃料電池(DMFC)具有能量密度高、操作溫度低等優(yōu)點(diǎn),尤其是使用液體燃料更能夠降低DMFC系統(tǒng)裝置的復(fù)雜性,因此被認(rèn)為是便攜式移動(dòng)移動(dòng)電源的首選.DMFC陽(yáng)極主要是使用炭載鉑或炭載鉑合金作為電催化劑.但是,由于在陽(yáng)極催化甲醇氧化脫H的過(guò)程會(huì)產(chǎn)生CO而吸附在催化劑的表面活性位上,從而降低了甲醇電氧化的速率.因此,制備高活性的陽(yáng)極電催化劑是提高DMFC性能的關(guān)鍵因素之一.瀝青基超細(xì)炭粉(PCSP)是在碳質(zhì)中間相的成核和中間相小球體的

2、形成過(guò)程中,從含有中間相球體的中間相瀝青中分離中間相炭微球(MCMB)的同時(shí)獲得了大量的粒徑小于100μm的小的碳質(zhì)顆粒,是碳質(zhì)中間相球體形成和長(zhǎng)大的構(gòu)筑單元.除我們課題組外,還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)其它的關(guān)于對(duì)此類炭材料研究方面的相關(guān)報(bào)道.由于缺少對(duì)PCSP性質(zhì)的深刻認(rèn)識(shí)和實(shí)際應(yīng)用方面的基礎(chǔ)研究,MCMB工業(yè)化生產(chǎn)過(guò)程中生成了大量的PCSP副產(chǎn)品目前沒(méi)有任何應(yīng)用的價(jià)值.為了能夠?qū)CSP加以有效利用、降低DMFC的成本、提高DMFC陽(yáng)極電催化劑性能

3、,本文采用石墨化瀝青基超細(xì)炭粉(GPCSP)作為一種新型的Pt基電催化劑的載體進(jìn)行了基礎(chǔ)性研究,并期望GPCSP的特殊性質(zhì)能夠提高Pt基電催化劑的甲醇電氧化性能. 首先利用KOH活化、HNO<,3>氧化、空氣氧化和高溫N<,2>處理等方式對(duì)GPCSP進(jìn)行了前處理.KOH活化、HNO<,3>氧化和空氣氧化處理后,GPCSP的比表面積均有不同程度的增加,并且在GPCSP表面形成了一定數(shù)量的含氧官能團(tuán)；高溫N2處理后,GPCSP比表面

4、積變化不大,石墨化程度得到增加,表面含氧官能團(tuán)的數(shù)量明顯降低.10 wt﹪Pt/GPCSP電催化劑的甲醇電氧化實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,未經(jīng)過(guò)前處理的GPCSP為載體的Pt/SO電催化劑的活性比以Vulcan XC-72炭黑為載體的Pt/CB電催化劑的活性高出30﹪,達(dá)到850 mA·mgpt<'-1>.Pt/GPCSP電催化劑顯示更高甲醇電氧化活性的原因是由于GPCSP載體具有特殊的性能,如高的導(dǎo)電性能和石墨化程度等.同時(shí),載體的前處理對(duì)Pt/G

5、PCSP電催化劑的的活性都有不同程度的影響,其中Pt/SKN系列電催化劑的活性最高.Pt/GPCSP電催化劑經(jīng)過(guò)300℃處理后,活性稍微有些降低；而經(jīng)過(guò)900℃處理后,活性降低一倍以上. 10 wt(Pt+Ru)﹪Pt-Ru/GPCSP合金電催化劑中Pt∶Ru原子比都接近85∶15,Pt-Ru合金相中Ru的含量為1-2﹪左右,大量的Ru是以非晶態(tài)Ru氧化物的形式存在.甲醇電氧化實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,Pt-Ru/SO合金電催化劑的活性比P

6、t-Ru/CB合金電催化劑高23﹪,比Pt/SO電催化劑高110﹪,達(dá)到1790 mA·mg<,Pt><'-1>.Pt-Ru/SKN系列電催化劑具有最高的活性.Pt-Ru/GPCSP合金電催化劑經(jīng)過(guò)300℃處理后,活性有所增加；經(jīng)過(guò)900℃處理后,活性明顯降低. 10 wt(Pt+Co)﹪Pt-Co/GPCSP合金電催化劑中Pt:Co原子比都接近80:20,Pt-Co合金相中Co的含量為3-4﹪左右,大量的Co是以非晶態(tài)Co氧