鉑基直接甲醇燃料電池陽極催化劑的制備、表征及電催化性能研究.pdf

1、直接甲醇燃料電池(DMFC)由于具有能量轉(zhuǎn)換率高、低碳排放、便于攜帶和儲運(yùn)等優(yōu)點(diǎn)被認(rèn)為是便攜式和固定式能源中具有發(fā)展前景的綠色技術(shù)。鉑(Pt)因能最高效的促進(jìn)甲醇的氧化而成為DMFC中最常見的陽極催化劑。然而，由于Pt價格昂貴且易CO中毒，因此阻礙了它的商業(yè)化發(fā)展。除此之外，在長期工作中，由于Pt的遷移和聚集導(dǎo)致了甲醇電化學(xué)氧化催化效率的下降。所以，在構(gòu)建直接甲醇燃料電池中，應(yīng)考慮Pt基催化劑的經(jīng)濟(jì)性和有效性。為此，需要最大化Pt基催化

2、劑的催化活性。
　　本論文主要通過改變Pt基催化劑納米結(jié)構(gòu)尺寸或形貌，添加第二組分或催化劑載體的選擇三方面來提高直接甲醇燃料電池Pt催化劑的電催化活性，主要工作包括以下方面:
　　(1)采用超聲輔助法和乙二醇還原法合成了磷鉬酸(PMo)/鉑鈀(PtPd)/多壁碳納米管(MWCNT)催化劑。大量的PtPd納米粒子均勻地負(fù)載在PMo修飾的MWCNT上，通過調(diào)節(jié)PtPd納米粒子的組成，可控制PtPd納米粒子的尺寸。當(dāng)Pt/Pd=4

3、時，可獲得最小尺寸的PtPd納米粒子，平均直徑為1.9 nm。在甲醇的電化學(xué)氧化中，制備出的PMo/Pt4Pd1/MWCNT催化劑顯示了最大的電化學(xué)活性面積和最高的電流密度。為了進(jìn)行比較，在無PMo修飾的MWCNT表面上制取了PtPd納米粒子，它們的平均粒徑在7.2 nm左右，且粒子分散不均一，發(fā)生團(tuán)聚。通過CO溶出伏安法，將PMo/Pt4Pd1/MWCNT和Pt4Pd1/MWCNT催化劑進(jìn)行了比較，結(jié)果表明，PMo有利于氧化去除吸附在

4、Pt活性位點(diǎn)上的CO。實驗還同時探究了Pd組分的加入對Pt催化劑抗CO中毒的影響。在甲醇氧化過程中，與PMo/Pt/MWCNT催化劑相比，Pd能極大地提高甲醇與CO氧化的電流比。這表明Pd能夠增強(qiáng)催化劑抗CO毒性作用，這可能來源于Pd對C-H鍵的斷裂有很高的活性。
　　(2)以Te納米線為模板，通過置換反應(yīng)，提出了合成負(fù)載在還原石墨烯(RGO)上的PtIr或Pt納米線(PtIr PNWs/RGO或Pt PNWs/RGO)的新方法。

5、對該催化劑我們進(jìn)行了透射電鏡分析(TEM)、能量色射X射線光譜分析(EDX)以及電化學(xué)測試。TEM顯示這些Pt基催化劑均勻地分散在石墨烯上，呈一維納米多孔結(jié)構(gòu)。電化學(xué)測試表明:與沒有石墨烯支持的PtIr或Pt納米線相比，一維納米多孔PtIrPNWs/RGO(或PtPNWs/RGO)催化劑顯示了更大的電活性面積和更好的甲醇氧化催化活性;Ir的引入提高了Pt催化劑的電化學(xué)穩(wěn)定性和抗毒化能力。
　　(3)在Pt的基礎(chǔ)上添加了第二組分Ir

6、，制備了一維鉑銥納米線(PtIr NWs)。制取PtIr NWs的方法是:以銥納米線(Ir NWs)為種子引發(fā)Pt粒子的生長，Pt粒子是在抗壞血酸（AA）溶液中還原K2PtCl4得到的。而Ir NWs的合成又是以碲納米線(Te NWs)為還原劑和犧牲模板制得的。為了進(jìn)行比較，實驗還同時制備了鉑納米線(Pt NWs)。通過TEM、XPS對樣品的形貌和組成進(jìn)行了表征，同時，采用循環(huán)伏安法，計時電流法探討和比較了Pt催化劑對甲醇的電催化活性，