鉑基復(fù)合催化劑的制備及電催化性能研究.pdf

1、能源短缺是關(guān)乎人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重大問題之一,燃料電池的出現(xiàn)為解決該問題帶來了新的希望。燃料電池是一種綠色、高效、環(huán)境友好的能源,它不經(jīng)過燃燒直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,被稱為21世紀(jì)最為重要的能源動(dòng)力之一。大多數(shù)的低溫燃料電池是一種以有機(jī)小分子(如甲醇和甲酸)為動(dòng)力燃料的發(fā)電裝置。在燃料電池中,貴金屬Pt是電極催化劑的首選材料,但Pt儲(chǔ)量有限,價(jià)格昂貴,如何提高Pt的利用率、降低Pt的使用量成為當(dāng)前最為關(guān)注的焦點(diǎn)問題之一。到目前為止,研

2、究者主要集中在以下兩個(gè)方面:一是合成 Pt基雙金屬、多金屬或非Pt基催化劑,通過引入第二種或者第三種金屬降低Pt用量;還有一種是提高負(fù)載 Pt基催化劑的載體材料性能,以有效的降低催化劑的使用成本,提高貴金屬分散性能增加其性能及效率。
　　本論文采用簡(jiǎn)單的化學(xué)和電化學(xué)方法制備電催化劑,如化學(xué)還原和恒電位沉積等方法制備電催化劑。采用掃描電子顯微鏡(SEM),X射線多晶衍射(XRD),透射電子顯微鏡(TEM)和 X射線能量色散(EDX)

3、等研究手段對(duì)催化劑的結(jié)構(gòu)形貌和組成進(jìn)行表征。采用一系列的電化學(xué)分析方法如循環(huán)伏安法,恒電流法,和電化學(xué)交流阻抗等考察了催化劑對(duì)甲醇和甲酸的電催化性能,本論文的主要研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)有如下三方面:
　　1.采用化學(xué)-電化學(xué)方法制備了Ag/Au/Pt復(fù)合金屬催化劑。該催化劑以Ag顆粒為基底,以置換反應(yīng)Au取代部分Ag,再電沉積Pt,這一方法有效地降低了Pt、Au的含量和制備成本。研究表明,Ag/Au/Pt復(fù)合催化劑對(duì)甲酸的電催化氧化性能

4、明顯高于純Pt,且反應(yīng)以直接氧化甲酸途徑為主。同時(shí)研究了復(fù)合催化劑中Pt的含量對(duì)甲酸電氧化的影響,結(jié)果表明,當(dāng)Pt載量為0.05 mg時(shí)催化劑具有最佳的甲酸電催化氧化活性和穩(wěn)定性。CO氧化剝離實(shí)驗(yàn)表明,當(dāng) Pt:Au=1:6時(shí), Ag/Au/Pt復(fù)合催化劑對(duì)CO氧化峰電勢(shì)最負(fù),相對(duì)于純 Pt催化劑負(fù)移了大約0.13 V,表明該復(fù)合催化劑具有更好的抗CO毒化能力.
　　2.通過電化學(xué)沉積的方法制備得到Pt修飾Au和PtAu合金兩種不

5、同鉑金雙金屬催化劑,分析并比較了在這兩種鉑金催化劑中,不同鉑金比例的催化劑分別對(duì)甲酸和CO催化氧化的影響。循環(huán)伏安結(jié)果表明Au的存在促進(jìn)了催化劑對(duì)甲酸的電催化氧化,且在兩種不同鉑金催化劑中,當(dāng)鉑金比例分別為1:10.22(M-1:10.22)和1:2.04(A-1:2.04)時(shí)展示了最好的電催化氧化性能;CO溶出伏安曲線表明,在兩種不同鉑金催化劑中,CO峰電位發(fā)生了正移;電化學(xué)交流阻抗表明,相比于A-1:2.04,甲酸在M-1:10.2

6、2催化劑上氧化的電荷傳遞阻力更小。
　　3.采用電化學(xué)方法制備了比表面積較大的3D多孔結(jié)構(gòu)花狀石墨烯(f-RGO)。SEM結(jié)果顯示,f-RGO展現(xiàn)出典型的多孔結(jié)構(gòu)且Pt納米粒子能均勻的分散在花狀石墨烯的表面;循環(huán)伏安曲線和計(jì)時(shí)電流曲線表明,相對(duì)于Pt/RGO/GCE和Pt/GCE電極,Pt/f-RGO/GCE催化劑對(duì)甲醇的氧化具有較高的電催化活性和穩(wěn)定性;CO剝離曲線表明,Pt/f-RGO/GCE具有較高的抗CO毒化能力。這可能與