二氧化鈦及其表面改性材料在甲酸燃料電池中的應(yīng)用研究.pdf

1、燃料電池是一種能夠?qū)⑷剂系幕瘜W(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置，它具有能量利用率高、比能量高、功率范圍廣、環(huán)境友好等特點(diǎn)。燃料電池常用燃料有H2、NH3、CH3OH、CH3COOH等。與此同時(shí)，甲酸作為液體燃料，便于運(yùn)輸、儲(chǔ)存，與氫-氧燃料電池比較，體積比能量高、使用過(guò)程安全可靠，DFAFC在便攜式電源領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。DFAFC常用催化劑有Pt基催化劑和Pd基催化劑，相比較而言，后者對(duì)甲酸的電催化性能更加優(yōu)異。然而，要實(shí)現(xiàn)DFAFC的

2、商品化，Pd基催化劑的性能還需要進(jìn)一步提高。
　　眾所周知，催化劑載體對(duì)于改善催化劑活性和穩(wěn)定性具有重要影響。TiO2因其具有無(wú)毒、價(jià)廉、化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性好、光催化活性高等特點(diǎn)，成為光催化研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域。近年來(lái)，TiO2在燃料電池催化劑中的應(yīng)用也開(kāi)始出現(xiàn)。本文主要從Pd基催化劑穩(wěn)定性差、成本較高等因素入手，研究了以TiO2及其表面改性材料作為Pd基催化劑載體對(duì)催化劑性能的影響。
　　(1)以銳鈦礦型二氧化鈦為Pd催化劑載

3、體，制備了Pd/TiO2-C復(fù)合催化劑，研究了其對(duì)甲酸電催化氧化性能，探討了TiO2與XC-72炭黑在復(fù)合催化劑中的最佳比例。研究表明，以TiO2為催化劑載體有效地減小了Pd納米粒子的粒徑，TiO2與Pd之間的協(xié)同作用提高了催化劑的活性，這種協(xié)同作用和TiO2自身的耐腐蝕性提高了催化劑的穩(wěn)定性。當(dāng)TiO2與C質(zhì)量比為1∶1時(shí)，催化劑性能最好。
　　(2)使用陽(yáng)離子聚合物PDDA對(duì)TiO2表面修飾，并制備了Pd/TiO2(P)-C催

4、化劑，研究了表面修飾對(duì)催化劑形貌和活性的影響。結(jié)果表明，負(fù)載在經(jīng)聚合物修飾后的TiO2表面的Pd納米粒子在TiO2表面分布更均勻，團(tuán)聚現(xiàn)象減少。經(jīng)修飾后的催化劑的比質(zhì)量活性和比表面活性均增大，這是由于金屬表面對(duì)含氧基團(tuán)吸附性降低，有更多的活性位點(diǎn)得到釋放。連續(xù)循環(huán)伏安和計(jì)時(shí)電流測(cè)試表明，PDDA修飾后催化劑穩(wěn)定性明顯好于未經(jīng)修飾制備的催化劑。
　　(3)以陽(yáng)離子聚合物PDDA對(duì)TiO2進(jìn)行了表面修飾，并通過(guò)靜電自組裝制備了不同Pd

5、、Cu質(zhì)量比的PdCu/TiO2(P)-C催化劑。通過(guò)XRD圖譜、TEM和HRTEM圖譜可知PdCu形成了合金結(jié)構(gòu)，同時(shí)負(fù)載在經(jīng)PDDA表面修飾的TiO2表面納米顆粒分布比較均勻。通過(guò)TEM觀(guān)察到，當(dāng)Cu含量較高時(shí)，納米顆粒有向納米線(xiàn)轉(zhuǎn)變的趨勢(shì)。電化學(xué)測(cè)試結(jié)果表明，PdCu合金催化劑的催化活性和穩(wěn)定性基本都好于單金屬Pd。PdCu/TiO2(P)-C(1∶1)、PdCu/TiO2(P)-C(1∶2)、PdCu/TiO2(P)-C(1∶3