球形催化劑的構(gòu)建及其對(duì)甲醇的電氧化研究.pdf

1、直接甲醇燃料電池(DMFCs)是一種可以將化學(xué)能連續(xù)不斷地轉(zhuǎn)化為電能的可再生清潔能源,以其具備操作溫度低、無(wú)電解質(zhì)腐蝕、無(wú)環(huán)境污染、能量效率高、安全可靠等特點(diǎn),迅速發(fā)展為國(guó)際高新技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)中的重要熱點(diǎn)之一。來(lái)源廣泛、攜帶和儲(chǔ)存方便的甲醇作為直接甲醇燃料電池的直接能源,其最終產(chǎn)物不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染,但電催化氧化的中間產(chǎn)物易于造成電極材料上的催化劑中毒,造成電池的性能下降和壽命縮短,以及當(dāng)前研究甲醇電催化氧化的金屬材料多為資源有限、價(jià)格昂貴的

2、貴金屬及其合金,從而嚴(yán)重影響了直接甲醇燃料電池的商業(yè)化發(fā)展。為了提高催化劑對(duì)有機(jī)小分子的催化能力和抗CO中毒能力以及降低電極制作的成本,本文開(kāi)展了如下的研究工作:
　　 一、球形鉑微粒/聚苯胺修飾電極對(duì)甲醇的電催化氧化：
　　 采用鎳鉻合金基體電極,用循環(huán)伏安法依次在苯胺、K2PtCl6的溶液中制備了球形鉑微粒聚苯胺修飾電極,通過(guò)掃描電子顯微鏡(SEM)觀測(cè)了該電極的形貌特征和結(jié)構(gòu)。同時(shí)在H2SO4存在條件下用循環(huán)伏安法

3、、計(jì)時(shí)電流法和交流阻抗法考察了該修飾電極的電化學(xué)特征和對(duì)甲醇的電催化氧化能力。結(jié)果表明,在聚苯胺修飾電極上的球形Pt微粒,不僅表現(xiàn)出好的穩(wěn)定性,還大大提高了對(duì)甲醇的電催化活性和對(duì)甲醇中間氧化產(chǎn)物的抗中毒能力,因此用該方法和實(shí)驗(yàn)過(guò)程制備的成本低廉的球形鉑微粒修飾聚苯胺電極,大幅度降低了貴金屬的用量,提高了貴金屬Pt的催化活性,有望用于直接甲醇燃料電池的電極材料。
　　 二、球形鎳微粒/聚苯胺修飾電極在堿性溶液中對(duì)甲醇的電催化氧化：

4、
　　 通過(guò)電化學(xué)方法在鎳鉻合金基體電極上,先后于含有苯胺單體的溶液中進(jìn)行循環(huán)伏安掃描和含有鎳離子的溶液中進(jìn)行恒電位電解,制備了球形鎳微粒聚苯胺修飾電極。通過(guò)掃描電子顯微鏡觀測(cè)了鎳微粒/聚苯胺修飾電極呈球形的形態(tài)結(jié)構(gòu),用循環(huán)伏安法、計(jì)時(shí)電流法和交流阻抗法考察了該修飾電極在堿性介質(zhì)中的電化學(xué)行為和對(duì)甲醇的電催化氧化。實(shí)驗(yàn)表明該修飾電極徹底改變了聚苯胺薄膜修飾電極和只直接沉積鎳微粒于基體電極上制得的鎳微粒修飾電極的表面形貌特征和結(jié)構(gòu)

5、;與球形鉑微粒/聚苯胺修飾電極相比,該電極使用了過(guò)渡金屬Ni,避免了消耗貴金屬,對(duì)甲醇在同樣具有高的電催化活性和好的穩(wěn)定性的條件下,電極制備的成本進(jìn)一步降低,且將過(guò)渡金屬Ni嵌入聚合物薄膜中提高了過(guò)渡金屬對(duì)甲醇的催化活性。
　　 三、表面活性劑對(duì)球形鎳修飾聚苯胺電極電化學(xué)行為的影響：
　　 由于在利用電化學(xué)方法制備球形鎳微粒/聚苯胺修飾電極的過(guò)程中使用了陰離子表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉,所以用循環(huán)伏安法、計(jì)時(shí)電流法分別考

6、察了在甲醇氧化過(guò)程中因使用不同的表面活性劑制備的修飾電極,如陽(yáng)離子表面活性劑十二烷基三甲基溴化銨DTAB、陰離子表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉SDBS及非離子表面活性劑乳化劑OP,對(duì)電流、電位的影響及各不同電極上催化劑的抗CO中毒能力。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,表面活性劑的用量對(duì)甲醇的氧化電流、電位有一定的影響,陰離子表面活性劑SDBS和乳化劑OP能夠提高氧化峰電流、降低峰電位和提高電極的抗中毒能力,而陽(yáng)離子表面活性劑DTAB的存在對(duì)甲醇的電催化氧化過(guò)

7、程有阻礙作用。
　　 四、聚苯二胺載微粒鎳修飾電極及對(duì)甲醇的電催化氧化：
　　 在鎳鎘合金基體上,以鄰苯二胺為單體進(jìn)行循環(huán)伏安聚合和利用恒電位電沉積鎳的方法制備了聚鄰苯二胺載微粒鎳復(fù)合修飾電極,考察了該電極對(duì)甲醇的電催化氧化。用掃描電子顯微鏡觀察了該修飾電極表面的形貌和結(jié)構(gòu)特征,用循環(huán)伏安、計(jì)時(shí)電流、交流阻抗法等研究了該電極的電化學(xué)性能。該修飾電極表面上由于聚鄰苯二胺的存在下大大提高了鎳微粒的分散度和對(duì)甲醇的氧化峰電流,