直接甲酸燃料電池陽極催化劑金屬-POSS的制備及催化性能研究.pdf

1、燃料電池以其高效率、高能量密度、零排放、快速啟動等優(yōu)點，被譽為21世紀(jì)最具有發(fā)展前景的高效清潔發(fā)電技術(shù)。由于目前研究的直接甲醇燃料電池存在陽極催化劑性能低、易中毒、甲醇易滲透Nafion膜、甲醇有毒等問題，直接甲酸燃料電池作為直接甲醇燃料電池替代物得到了廣泛關(guān)注。其中以Pt及Pt基金屬為主的陽極催化劑是直接甲酸燃料電池最重要的關(guān)鍵材料之一。但基于鉑的貴金屬催化劑存在成本高昂以及鉑資源的有限性等限制問題，其已成為制約直接甲酸燃料電池技術(shù)發(fā)

2、展和商業(yè)化進程的重要因素。因此，減少貴金屬的使用量，提高催化劑的催化活性和穩(wěn)定性，有效降低電池的制造成本成為非常有意義的工作。本文圍繞這一研究主題，開展了以下幾個方面的工作。
　　1.普通還原法制備Pt納米催化劑及其對甲酸的電催化氧化性能的研究
　　在水相中，以八氨基倍半硅氧烷(POSS)為穩(wěn)定劑，以NaBH4為還原劑，制備了不同Pt/POSS摩爾比的Pt納米催化劑。TEM照片顯示，在POSS的保護下，Pt納米粒子具有良好分

3、散性，并且粒徑分布范圍較小。因此，使用POSS為穩(wěn)定劑來制備Pt納米催化劑是一種可行的辦法。電化學(xué)測試結(jié)果顯示，當(dāng)Pt/POSS的摩爾比為2時， Pt納米催化劑具有最好的電催化性能。所以，我們選擇金屬/POSS摩爾比為2作為后續(xù)Pt合金研究的實驗條件。
　　2.花狀PtBi復(fù)合納米催化劑的制備及其對甲酸的電催化氧化性能的研究
　　在水相中，以POSS為穩(wěn)定劑，以NaBH4為還原劑，合成了不同Bi含量的花狀PtBi復(fù)合納米催化

4、劑。TEM觀察結(jié)果表明，PtBi復(fù)合納米催化劑的花狀形貌主要由若干粒徑為3～5nm的小顆粒聚集，并且小顆粒的粒徑隨Bi含量的增加而逐漸增大。利用電化學(xué)測試方法對制備的催化劑的活性表面積、抗CO中毒能力、催化甲酸氧化性能、穩(wěn)定性等方面進行研究，并對不同Bi含量的PtBi復(fù)合納米催化劑的上述性能進行比較。對于甲酸氧化來講，當(dāng)Bi含量為66.7％時，PtBi復(fù)合納米催化劑在抗CO中毒能力及穩(wěn)定性等方面表現(xiàn)良好。
　　3.八面體PtPd納

5、米催化劑的制備及其對甲酸的電催化氧化性能的研究
　　以POSS為穩(wěn)定劑、甲醇為還原劑，制備了一種以(111)為主的八面體PtPd納米晶體。TEM觀察結(jié)果表明，合成的納米粒子具有良好的八面體形貌，并且分散性良好。XRD和EDS結(jié)果也證明了八面體Pt-Pd納米催化劑中Pt-Pd合金結(jié)構(gòu)的存在。電化學(xué)方法測試結(jié)果表明，對比純Pt催化劑，該催化劑具有較高的活性表面積，良好的催化甲酸氧化性能以及較高的抗CO中毒的能力。該方法反應(yīng)不需要苛刻的