金屬氧化物對Pt催化氧化甲醇的助催化作用.pdf

1、在能源匱乏、環(huán)境污染日益嚴重的當今社會，燃料電池作為一種新型清潔能源具有重要的應用前景。在燃料電池的諸多類型中，直接甲醇燃料電池由于燃料來源方便、能量密度高等特點更具有重要地位。迄今為止，貴金屬Pt仍然是直接甲醇燃料電池最常用的催化材料，無論是陽極甲醇氧化反應還是陰極氧還原反應，貴金屬Pt的優(yōu)異催化性能還難以被其他的普通金屬所替代。但Pt的價格昂貴，而且Pt基催化劑易被CO等中間體所毒化，穩(wěn)定性差，使得直接甲醇燃料電池的商業(yè)化應用仍然受

2、到限制。為提高Pt基催化劑的催化活性、抗CO中毒能力以及穩(wěn)定性，本工作設計并合成了一系列金屬氧化物（不同形貌的氧化鐵）、導電聚合物聚苯胺納米管（PANI）以及復合金屬氧化物（V摻雜氧化錫納米顆粒），以此作為Pt催化劑的助劑，考察不同助劑對Pt催化劑在堿性介質中催化氧化甲醇的促進作用。具體結果如下：
　　1.通過傳統(tǒng)共沉淀法和水熱法分別制備了納米棒和六邊形納米片狀的氧化鐵，并以此作為Pt催化劑的助劑，考察助劑形貌對Pt催化氧化甲醇的

3、促進作用。通過X射線衍射、掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡、X射線光電子能譜以及電化學測試技術對該類催化劑進行了表征，其中電化學測試方法包括循環(huán)伏安法和計時電流法。研究結果顯示，氧化鐵的存在能顯著提高Pt催化劑在堿性介質中對甲醇氧化的電催化性能，而且以氧化鐵納米棒作為助劑制備的Pt-Fe2O3/C-R催化劑比氧化鐵納米片作為助劑制備的Pt-Fe2O3/C-P催化劑呈現(xiàn)出更高的催化活性以及穩(wěn)定性。Pt-Fe2O3/C-R催化劑中Pt的質量比

4、催化活性和本征活性分別為5.1 mAμg-1和92.9A m-2Pt，分別為是Pt-Fe2O3/C-P催化劑1.76和1.96倍，是商業(yè)Pt/C樣品的4.64和4.51倍。這種提高可能是由于Pt-Fe2O3/C-R樣品中Pt電子結構的改變所致。
　　2.通過水熱法制備了氧化鉬納米棒，以此納米棒為模板，利用過硫酸銨為引發(fā)劑，在氧化鉬納米棒表面聚合苯胺，采用一步法制備了聚苯胺納米管。即在氧化鉬納米棒溶解的同時苯胺聚合并沉積至原納米棒表

5、面。以氧化鉬納米棒和聚苯胺納米管為載體，擔載Pt制備了Pt/MoO3/C樣品以及Pt/PANI/C樣品，研究了MoO3和PANI對Pt在堿性介質中催化氧化甲醇的催化活性以及穩(wěn)定性的促進作用。研究結果表明，將MoO3引入到Pt基催化劑中，能夠提高催化劑對甲醇的電催化氧化活性及穩(wěn)定性，而對于聚苯胺納米管，其對甲醇的電催化氧化反應則呈現(xiàn)出更好的助催化作用。電位為-0.15V時，Pt/PANI/C催化劑中Pt的質量比催化活性(11.1 mAμg

6、-1)分別是商業(yè)JM公司Pt/C樣品和Pt/MoO3/C的7.40和3.36倍。Pt/PANI/C的本征活性為126.7A m-2Pt，分別是Pt/MoO3/C(66.9A m-2Pt)和商業(yè)Pt/C(28.1A m-2Pt)的1.89和4.50倍。具有良好導電性的聚苯胺納米管網狀結構一方面提高了Pt的分散狀態(tài)，另一方面，其高分子鏈對穩(wěn)定Pt催化劑以及提升Pt催化性能方面具有明顯的促進作用。
　　3.制備了納米SnO2氧化物以及V

7、摻雜的V-SnO2復合氧化物，而后擔載Pt分別制備了Pt/SnO2/C樣品和Pt/V-SnO2/C樣品，并考察了SnO2和V-SnO2對Pt在堿性介質中催化氧化甲醇的催化活性以及穩(wěn)定性的促進作用。研究發(fā)現(xiàn)，將SnO2引入到Pt基催化劑中，能夠提高催化劑對甲醇的電催化氧化活性及穩(wěn)定性，而V摻雜的SnO2擔載Pt催化劑，對甲醇的電催化氧化反應呈現(xiàn)出更好的助催化作用。電位為-0.20 V時，Pt/V-SnO2/C催化劑中Pt的質量比催化活性(