DMFC陽極Pt和Pt基合金催化劑的制備及電化學性能的初步探討.pdf

1、燃料電池(FC)是一種通過電化學反應直接將化學能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，具有能量轉(zhuǎn)換效率高、環(huán)境友好、安靜、可靠性高等優(yōu)異特性，受到人們的普遍關(guān)注。直接甲醇燃料電池(DMFC)直接利用甲醇作為燃料，甲醇來源豐富、價格便宜、便于攜帶和儲存，具有高的能密度，是較理想的燃料。DMFC的結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量輕、體積小、維修方便、容易操作，是便攜式電子設(shè)備，移動電話和電動汽車理想的動力源。近些年來，DMFC作為一支新秀已成為燃料電池研究與開發(fā)的熱點之一。

2、 直接甲醇燃料電池(DMFC)的陽極一般以金屬鉑(Pt)作為催化劑。甲醇在鉑表面吸附后，經(jīng)多步脫氫反應產(chǎn)生吸附氫原子，氫原子進一步發(fā)生陽極反應形成質(zhì)子和電子，同時生成CO等中間產(chǎn)物。由于CO在Pt表面具有很強的特性吸附能力，可占據(jù)Pt催化劑表面的活性位，從而降低Pt的催化活性，導致Pt催化劑嚴重的中毒現(xiàn)象。提高燃料電池催化劑的活性，增強Pt催化劑的抗中毒性能，延長燃料電池的運行壽命，是實現(xiàn)燃料電池商業(yè)化應用的關(guān)鍵所在。 為此

3、，人們通過在Pt催化劑中添加第二種金屬(釕、鎳、錫、鐵、鎢、銠等)，制備Pt基金屬合金催化劑以緩解中毒現(xiàn)象。通過發(fā)展各種Pt和Pt基合金催化劑的制備方法，改善催化劑的聚集狀態(tài)和存在形式，提高其催化活性。目前已有膠體法、浸漬法、離子交換法、電化學還原沉積法等制備方法，這些方法有各自的優(yōu)點和不足。尋找一種簡單易行、具有廣泛適用性的制備Pt和Pt基合金催化劑的制備方法仍然是一個研究重點。 本文基于乙二醇溶液還原金屬離子的方法，通過添加

4、十二烷基硫酸鈉(SDS)作為穩(wěn)定劑，發(fā)展了一種改進型乙二醇還原方法。在乙二醇和十二烷基硫酸鈉溶液中，以碳黑、碳納米管作為載體，成功制備了多種Pt和Pt基合金催化劑。主要研究內(nèi)容及進展如下： (1)發(fā)展了乙二醇還原金屬離子的方法，在乙二醇中添加十二烷基硫酸鈉(SDS)作為穩(wěn)定劑，獲得Pt催化劑顆粒在載體表面高度分散、大小均勻、負載量可控、粒徑可控(可控范圍2～10nm)、催化性能良好的Pt和Pt基合金催化劑，并且初步探索了本方法的

5、制備原理以及SDS在制備過程中的作用。在含有SDS的乙二醇溶液中，Pt和Pt基合金主要在載體表面發(fā)生異相成核生長，基本不發(fā)生均相成核生長。這可能是因為鹽效應增大了均相成核的能量壁壘，從而有利于異相成核的發(fā)生。一旦晶核達到臨界尺寸，自催化生長便建立起來，這會迅速降低溶液中Pt單體濃度，從而有效抑制均相成核的發(fā)生。 (2)對于目前研究較多的PtRu合金催化劑，考察了不同碳載體、不同制備溫度、熱處理溫度對甲醇氧化電催化性能的影響。初步

6、探討不同影響因素對電催化性能作用，在對甲醇氧化的循環(huán)伏安法(CV)研究中，發(fā)現(xiàn)隨著掃描圈數(shù)的增加，甲醇氧化峰的峰電流增大，峰電位發(fā)生變化，反向甲醇氧化峰的峰電流增大，這可能是與Ru的流失有關(guān)。 (3)制備了分散均勻、納米粒徑大小相近的DMFC陽極Pt基二元和三元催化劑，如PtRuSn、PtRuFe、PtRuBi等。對它們的組成、結(jié)構(gòu)和形貌進行了表征，并初步測試了電化學性能，探索評價了不同合金成分的催化性能的優(yōu)劣，研究表明，所制備