三氧化鎢載鉑催化劑的制備及其對甲醇氧化的電催化性能研究.pdf

1、三氧化鎢以其特殊的物化性質(zhì)和在酸性溶液中穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)被認(rèn)為是一種優(yōu)良的燃料電池催化劑載體。Pt/WO3對甲醇和甲酸等有機(jī)小分子都表現(xiàn)出很好的電催化氧化活性。而 WO3用作為載體時，由于自身的導(dǎo)電性能較差和比表面積較小使得其在直接甲醇燃料電池中不能廣泛的應(yīng)用。本文從增大 WO3比表面積和導(dǎo)電性能出發(fā)，來提高催化劑的活性和降低催化劑的成本。分別采用噴霧干燥法、水熱法、原位還原法成功制備了三種不同形貌和結(jié)構(gòu)的WO3，采用硼氫化鈉還原法負(fù)載活

2、性成分 Pt制備三種Pt/WO3催化劑。通過XRD、XPS、SEM、TEM和EDS等對催化劑的結(jié)構(gòu)和形貌進(jìn)行表征，并用循環(huán)伏安和計(jì)時電流等電化學(xué)測試方法研究催化劑對甲醇氧化的電催化性能。
　　(1)通過噴霧干燥法制備了比表面積為28 m2/g的中空介孔結(jié)構(gòu)的三氧化鎢微球(HMTTS)，然后負(fù)載活性成分Pt。表征結(jié)果顯示：5 nm的Pt粒子均勻的分散在其表面。循環(huán)伏安的測試結(jié)果顯示：Pt/HMTTS對應(yīng)的甲醇第一次氧化的峰電流密度為

3、230 mA·mg-1，比Pt/C(160 mA·mg-1)和Pt/WO3(80.7 mA·mg-1)的都要高，對甲醇氧化表現(xiàn)出更強(qiáng)的催化活性；線性掃描伏安結(jié)果顯示 Pt/HMTTS對甲醇氧化的起始電位比 Pt/C和Pt/WO3低，甲醇氧化反應(yīng)的活化能更低，反應(yīng)更易進(jìn)行；為時100 min的計(jì)時電流測試結(jié)果表明：Pt/HMTTS催化劑的電流密度始終比Pt/C和Pt/WO3大，這表明HMTTS作為載體能有效提高Pt對甲醇在陽極氧化時的抗中

4、毒性和穩(wěn)定性。
　　(2)通過水熱法和犧牲模板法相結(jié)合來制備中空樹枝狀結(jié)構(gòu)的三氧化鎢(b-WO3)，在其表面進(jìn)一步負(fù)載活性成分Pt，得到納米級Pt/b-WO3。結(jié)果表明b-WO3具有長6 um和寬2 um的中空樹枝狀結(jié)構(gòu)，比表面積為24 m2/g，孔徑分布主要集中在20-120 nm，Pt粒子的平均粒徑為7.2 nm，均勻分散在三氧化鎢的表面。采用循環(huán)伏安和計(jì)時電流法研究了在酸性溶液中Pt/b-WO3催化劑對甲醇的電催化氧化性能，

5、結(jié)果表明Pt/b-WO3催化劑比Pt/C和Pt/WO3催化劑對甲醇氧化呈現(xiàn)出更高的電催化氧化活性和穩(wěn)定性。b-WO3特有的中空介孔結(jié)構(gòu)以及雙功能作用機(jī)理促進(jìn)了甲醇在鉑表面的氧化脫氫過程的發(fā)生。
　　(3)采用原位還原技術(shù)制備平均直徑為3 um的具有核殼結(jié)構(gòu)的WO2/WO3微球，負(fù)載Pt制備Pt-WO2/WO3催化劑，平均粒徑為4-5 nm的Pt納米粒子均勻分布在其表面。結(jié)果表明Pt-WO2/WO3的峰電流密度(694 mA·mg-

6、1Pt)分別是Pt/C(298 mA·mg-1Pt)和Pt/WO3(230 mA·mg-1Pt)的2.3倍和3.0倍。此外，Pt-WO2/WO3催化劑的If/Ib的數(shù)值(1.04)比Pt/C(0.72)和Pt/h-WO3(0.86)更高，說明Pt-WO2/WO3對甲醇電氧化過程中類CO中間產(chǎn)物具有更強(qiáng)的氧化性能。在0.7 V電壓下，100 min的計(jì)時電流曲線可以進(jìn)一步確定Pt-WO2/WO3催化劑具有更高的穩(wěn)定性。導(dǎo)電性能WO2的修飾