鋰鎳復合氧化物作直接甲醇燃料電池陽極催化劑載體的研究.pdf

1、由于結(jié)構(gòu)簡單、能量轉(zhuǎn)化效率高、對環(huán)境無污染，直接甲醇燃料電池(DMFC)在汽車和微電子領域作為常規(guī)能源的替代品越來越受到關注。目前，DMFC中最常用的催化劑是鉑，但在甲醇氧化的過程中鉑催化劑非常容易中毒，且鉑的價格非常昂貴，這都限制了DMFC的大規(guī)模的生產(chǎn)，因此，效率高且價格低廉的催化劑的研究就變得越來越迫切。 本論文首先對文獻有關DMFC陽極催化劑的中毒機理和抗中毒機理的研究進行了綜述，并根據(jù)陽極催化劑的抗中毒機理中的雙功能機

2、理，提出了一種新的提高催化劑的抗中毒能力的研究思路。 由雙功能機理可知，能形成活性氧的物質(zhì)，均可能提高催化劑抗中毒能力。而很多高價金屬氧化物都有分解水或與水作用形成-OHads的能力，這就為采用非貴金屬替代目前廣泛采用的釕、鈀等貴金屬催化劑提供了可能性。對于替代釕、鈀等貴金屬的高價金屬氧化物，一方面應該具有足夠的穩(wěn)定性，不能與水強烈作用，另一方面應不氧化甲醇，導致電池效率的降低。由于+3價Ni有與水作用生成．OHads的能力，而

3、摻雜的鋰鎳復合氧化物LiNi<,(1-x)>M<,x>O<,2>(M=Al、Co、Mg)一方面可以提供高價金屬鎳，另一方面具有足夠的穩(wěn)定性，因此，本論文對能活化水形成活性氧的且穩(wěn)定的摻雜復合金屬氧化物用作催化劑載體的可能性進行了研究。 本論文工作主要包括如下內(nèi)容： 用高溫固相法合成了摻雜鋁、鈷、鎂的鋰鎳復合氧化物，并用XRD技術對合成的摻雜復合氧化物的結(jié)構(gòu)進行了表征，結(jié)果顯示LiNi<,(1-x)>M<,x>O<,2>(

4、M=Al，Co，Mg)的結(jié)構(gòu)和鎳酸鋰的結(jié)構(gòu)是一樣的，在這種結(jié)構(gòu)中鎳是三價的。 用常規(guī)的三電極體系在0.5 tool.dm<'-3>H<,2>SO<,4>/0.5 tool.dm<'-3>H<,2>SO<,4>+1mol.dm<'-3>CH<,3>OH中對LiNi<,(1-x)>M<,x>O<,2>(M=Al，Co，Mg)的穩(wěn)定性和電化學性質(zhì)進行了研究。實驗結(jié)果顯示，這三系列的摻雜復合氧化物是非常穩(wěn)定的，可以用來作甲醇燃料電池陽極

5、催化劑的載體。實驗還表明，鋁摻雜復合氧化物催化劑載體具有一定的催化活性，可能與Al<,2>O<,3>獨立相的存在有關。而摻雜Co、Mg的復合氧化物雖然具有活化水的能力，但沒有催化活性。這表明活化水和催化甲醇氧化在摻雜鋰鎳復合氧化物表面是獨立進行的兩個過程，更證明了雙功能機理的正確性。實驗結(jié)果還證明了水是在Ni(+3)位置被氧化并形成-OHads的活化機理。采用高分辨電鏡對Pt/LiNi<,(1-x)>M<,x>O<,2> (M=Al，M

6、g) 的形貌進行了表征。結(jié)果表明，在摻雜復合氧化物上形成的鉑催化劑顆粒比較小，這表明催化劑的分散性是比較好的。用常規(guī)的三電極體系在0.5 mol·dm<'-3>H<,2>SO<,4>/0.5 mol·dm<'-3>H<,2>SO<,4>+1mol．dm<'-3>CH<,3>OH 中對負載在LiNi<,(1-x)>M<,x>O<,2> (M=Al，Co，Mg) 上的催化劑的穩(wěn)定性和電化學性質(zhì)進行了測定，實驗結(jié)果表明，這三系列的催化劑的穩(wěn)定