直接乙醇燃料電池陽(yáng)極催化劑的制備及其性能研究.pdf

1、直接乙醇燃料電池由于其燃料乙醇是可再生的生物燃料，無(wú)毒、生產(chǎn)和存儲(chǔ)簡(jiǎn)單且來(lái)源廣泛，理論能量密度高(8.1 kW h/kg)，滲透率低，符合綠色化學(xué)要求。直接乙醇燃料電池作為典型的可再生綠色環(huán)保型能源裝置，近年來(lái)備受研究者的關(guān)注。但直接乙醇燃料電池能量轉(zhuǎn)化效率的關(guān)鍵是催化劑，而目前用乙醇作為燃料最主要的問(wèn)題是催化劑對(duì)乙醇的電催化氧化活性較低，且C-C鍵較難斷裂，以至于乙醇經(jīng)過(guò)12電子轉(zhuǎn)移實(shí)現(xiàn)完全氧化生成二氧化碳的過(guò)程不易進(jìn)行，使得乙醇氧化

2、主要是經(jīng)過(guò)4電子轉(zhuǎn)移氧化生成乙酸，大大降低了燃料的利用效率。因此，實(shí)現(xiàn)直接乙醇燃料電池商業(yè)化必須開(kāi)發(fā)高活性低成本的催化劑。本論文主要從提高貴金屬鉑的活性，充分發(fā)揮鉑和其他金屬間(如Sn、Rh)的協(xié)同作用，改善催化劑表面特性以及優(yōu)化二元催化劑PtRh/C組成等幾方面進(jìn)行考慮，制備出有利于乙醇電氧化的高性能催化劑。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論包括以下兩個(gè)部分:
　　(1)采用循環(huán)伏安電沉積方法制備了Sn修飾的鉑納米立方體，并用于乙醇的電催化氧化

3、研究。結(jié)合傳統(tǒng)的電化學(xué)方法和原位電化學(xué)紅外光譜研究了Sn的作用機(jī)理。Sn修飾鉑納米立方體后可以顯著降低乙醇氧化的起始電位，當(dāng)Sn的覆蓋度（θSn）約為0.9時(shí)，乙醇氧化的起始電位提前300 mV。紅外光譜結(jié)果表明隨著θSn增加，CO2生成量先增大后減小，當(dāng)覆蓋度為0.38時(shí)，CO2生成量最大。修飾Sn后，在很低電位下-0.05 V就可以觀(guān)察到乙酸的生成，乙酸生成量隨著θSn增加而增加，Sn極大促進(jìn)了乙酸的生成，有利于乙醇的直接氧化途徑，

4、但對(duì)C-C鍵斷裂促進(jìn)作用不大。
　　(2)采用乙二醇還原法，以四甲基溴化銨為形貌控制劑直接在石墨烯載體上合成不同比例的PtRh納米立方體（PtxRhy/GN）。合成過(guò)程中沒(méi)有加入難以洗滌除去的PVP，后續(xù)無(wú)須復(fù)雜的清洗過(guò)程，可以直接用于電催化過(guò)程，并且可以避免洗滌過(guò)程中粒子的團(tuán)聚。立方體納米粒子直接負(fù)載分散在碳載體上，與先合成納米粒子再與碳載體機(jī)械混合相比，過(guò)程簡(jiǎn)單同時(shí)可增強(qiáng)碳載體與納米粒子之間的相互作用力，從而促進(jìn)催化劑的活性和

5、穩(wěn)定性。除了Br-，石墨烯也是合成立方體形貌的關(guān)鍵因素，并且其維持了催化劑的高分散性。采用XRD、SEM和TEM表征了催化劑的結(jié)構(gòu)和形貌，結(jié)果表明催化劑是由均勻的PtRh合金納米立方體組成。隨著Rh含量的增加，粒徑逐漸減小。運(yùn)用傳統(tǒng)的電化學(xué)方法（循環(huán)伏安和電位階躍法）研究了PtxRhy/GN對(duì)乙醇氧化的電催化性能，結(jié)果表明任意比例的PtxRhy/GN催化劑對(duì)乙醇都具有較好的催化活性，活性最好的比例是Pt∶Rh=9∶1。此外，我們采用電化