Pd-TiO2-Ti和Pt-CNTs燃料電池催化劑研究.pdf

1、質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）具有高效、潔凈等優(yōu)點，作為綠色環(huán)保的氫能電轉(zhuǎn)化設(shè)備之一日益受到重視，但因為壽命、成本和效率等諸多問題而尚未得到實際應(yīng)用。直接甲酸燃料電池（DFAFC）作為PEMFC的一種，以甲酸作燃料的，方便儲運(yùn)，安全性也有很大提高，因而備受科研人員關(guān)注。
　　DFAFC至今未能商業(yè)化的原因之一是，Pt或PtRu作為陽極催化劑易被甲酸氧化的中間產(chǎn)物CO毒化而引起緩慢的甲酸氧化動力學(xué)。主要以鉑作為電池的陰極催化劑，成

2、本很高，盡量減少電極單位面積上Pt的使用量，提高Pt的利用率是當(dāng)務(wù)之急。另外隨著電池運(yùn)行時間的增長陰極催化劑的貴金屬會發(fā)生團(tuán)聚，甚至載體也被腐蝕掉，因此催化劑的穩(wěn)定性也需要進(jìn)一步加強(qiáng)。本文的第3章和第4章就上述問題進(jìn)行了相關(guān)探討。
　?。?）采用電化學(xué)陽極氧化法在鈦片上制備了TiO2納米管陣列TiO2/Ti，通過脈沖電沉積（ED）和磁控濺射-置換法（SD）制備了催化劑Pd-TiO2/Ti，研究了甲酸在Pd-TiO2/Ti電極催化下

3、的電化學(xué)性能，得出了以下主要結(jié)論：①與JMPt/C相比，ED-Pd-TiO2/Ti催化甲酸氧化的起峰電位要早，峰值電流相當(dāng)。②SD-Pd-TiO2/Ti催化電極對甲酸氧化的催化活性和穩(wěn)定性均要好于SD-Pd/Ti催化電極。較之于Ti載體，TiO2/Ti載體能有效地使Pd催化劑均勻地分散，另外，Pd與TiO2/Ti載體之間存在的相互作用(SMSI)，有利于催化劑吸附和電子傳輸。③SD-Pd-TiO2/Ti催化甲酸氧化反應(yīng)的穩(wěn)定性要好于ED

4、-Pd-TiO2/Ti，這得益于濺射-置換法制得的催化劑分散均勻，具有更大的活性表面積。
　?。?）采用孔隙率高、比表面積大的多壁碳納米管作載體，制備了高分散性的碳納米管載鉑（Pt/CNTs)）催化劑，研究它作為燃料電池陰極氧還原催化劑的催化性能，并與商業(yè)催化劑（JM-Pt/C）進(jìn)行比較。采用三種還原劑和三種不同的反應(yīng)方式制備高分散度和高活性Pt/CNTs催化劑，得出了以下主要結(jié)論：①檸檬酸三鈉的加入使氯鉑酸與檸檬酸根形成絡(luò)合物，

5、使鉑離子在還原過程中不致團(tuán)聚，從而使最終制得的Pt/CNTs催化劑粒徑很小。②通過對幾種還原劑和還原方式的探索，得到最優(yōu)化的的還原方式及具體還原參數(shù)：高壓反應(yīng)釜乙二醇160℃還原，PH值為11。③高壓反應(yīng)釜乙二醇還原得到的Pt/CNTs催化劑分散均勻，粒徑均一，約為2.5nm，結(jié)合循環(huán)伏安曲線得到催化劑的電化學(xué)表面積(50.3m2/g)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于商業(yè)催化劑JM-Pt/C(41.6m2/g)，燃料電池單電池測試效果也好于JM-Pt/C。④本