修飾型醇類燃料電池低鉑電催化劑制備與性能研究.pdf

1、為解決能源危機(jī)和環(huán)境污染，能源問題及其相關(guān)技術(shù)受到了極大的關(guān)注。醇類燃料電池作為可以將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換為電能的一種環(huán)境友好的能源利用技術(shù)。近年來此領(lǐng)域中取得了很多可喜的成績，但目前在電催化劑方面，還有很多技術(shù)缺陷阻礙著其大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用。
　　鉑目前是醇類燃料電池最高效的陽極和陰極電催化劑。但鉑仍有一些亟待克服的缺點(diǎn)：如價(jià)格昂貴；資源有限；易于被一氧化碳、醇的氧化物毒化等。因此，降低鉑的使用量、提高催化活性和穩(wěn)定性仍是醇類燃料電池催

2、化劑發(fā)展的方向。
　　本論文的研究工作主要圍繞如何制備鉑利用率高、催化劑活性高這一主題，制備修飾型低鉑催化劑。采用X-射線粉末衍射（XRD）、透射電鏡（TEM）、X射線光電子譜(XPS)、X-射線能量色散譜（EDX）等手段對(duì)催化劑結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。采用循環(huán)伏安法、線性掃描法等電化學(xué)方法研究了催化劑在酸性溶液中的乙醇氧化反應(yīng)及甲醇氧化反應(yīng)，用旋轉(zhuǎn)圓盤技術(shù)研究了醇氧化反應(yīng)的機(jī)理。具體見如下的三部分：
　　第一部分Pt修飾非晶態(tài)Co

3、Sn合金作為高效的電催化劑對(duì)乙醇的氧化
　　該研究調(diào)查了Pt修飾非晶態(tài)CoSn合金作為高效的電催化劑對(duì)乙醇的氧化。碳載Pt修飾CoSn合金納米粒子（作為屬性Pt-CoSn/C）的合成使用兩步化學(xué)合成（溶膠凝膠制備和穩(wěn)態(tài)置換法）。Pt-CoSn/C的結(jié)構(gòu)納米材料的結(jié)構(gòu)通過透射電子顯微鏡（TEM）和X-射線衍射（XRD）加以證實(shí)。在相同含量Pt的情況下，與Pt/C，PtSn/C和PtRu/C納米粒子相比，在循環(huán)伏安法測(cè)試中Pt-CoS

4、n/C納米顆粒對(duì)乙醇氧化有較高的活性。尤其是Pt修飾非晶態(tài)CoSn合金結(jié)構(gòu)的催化劑在減少Pt使用量的同時(shí)還提高了其對(duì)乙醇的催化活性。
　　第二部分甲醇在Pt修飾非晶態(tài)CoSn合金上的電氧化
　　本工作的目的在于研究Pt修飾非晶態(tài)催化劑對(duì)甲醇電氧化行為的影響。采用溶膠凝膠法和穩(wěn)態(tài)置換法合成了低Pt修飾非晶態(tài)CoSn合金催化劑，使用透射電鏡和X射線衍射分析CoSn/C前體，Pt-CoSn/C催化劑的形貌及晶體結(jié)構(gòu)；循環(huán)伏安和旋轉(zhuǎn)

5、圓盤電極等測(cè)試電化學(xué)性能。并比較了Pt/C、PtRu/C和Pt-CoSn/C催化劑對(duì)甲醇氧化的電催化活性和穩(wěn)定性。結(jié)果表明，Pt修飾非晶態(tài)CoSn合金催化劑對(duì)甲醇氧化有較好的電催化性能，Co，Sn的加入降低了催化劑Pt用量，無定型的CoSn合金具有良好的質(zhì)子和電子傳導(dǎo)能力，進(jìn)一步提高了Pt對(duì)甲醇氧化的電催化活性，特別是Pt-CoSn/C對(duì)甲醇電催化的質(zhì)量活性和穩(wěn)定性要優(yōu)于PtRu/C催化劑。
　　第三部分Co@Pt/C核殼納米催化

6、劑應(yīng)變效應(yīng)對(duì)甲醇電催化氧化活性的提高
　　在以質(zhì)量基礎(chǔ)上，通過應(yīng)用一個(gè)表面作用制備PtCo二元合金核殼結(jié)構(gòu)的納米粒子催化劑來提高對(duì)甲醇氧化的催化活性。在含有Co/C前體的溶液中用乙二醇來還原不同含量的Pt合成核殼結(jié)構(gòu)的納米復(fù)合Co@Pt催化劑。并通過透射電子顯微鏡（TEM）、X-射線衍射（XRD）、X-射線光電子譜（XPS）及電化學(xué)技術(shù)對(duì)催化劑性能進(jìn)行了表征。核殼型納米復(fù)合材料Co@Pt/C催化劑提高了對(duì)甲醇氧化反應(yīng)的催化活性。催