金屬間化合物對有機小分子的氧化及氧還原的催化特征.pdf

1、近年來，隨著人類對環(huán)境保護(hù)的日益關(guān)注，燃料電池(FC)在發(fā)電和汽車等領(lǐng)域已經(jīng)取得了重大的進(jìn)展。直接甲醇燃料電池(DMFC)是燃料電池的一個重要分支，它是以甲醇為燃料，以質(zhì)子交換膜為電解質(zhì)的一種新概念的燃料電池，它保留了質(zhì)子交換膜燃料電池的優(yōu)點，同時沒有其他類型燃料電池普遍存在的燃料的轉(zhuǎn)化、存儲問題，是目前FC研究的一個重要方向。然而，甲醇等有機小分子在陽極催化劑的低催化活性及陰極催化劑受“甲醇滲透”問題的影響活性降低等問題限制了DMFC

2、的實際使用。因此，研制新型高活性陽極催化劑及對氧還原高活性且抗甲醇中毒的陰極催化劑對于發(fā)展DMFC具有重要意義。 本報告主要內(nèi)容如下：采用氬弧熔煉后熱處理方法制備了PtSb金屬間化合物，在室溫下采用循環(huán)伏安(CV)和計時電流手段研究了PtSb金屬間化合物對甲醇、乙醇和甲酸三種有機小分子的電催化氧化性能，利用X射線衍射(XRD)和X射線光電子能譜(XPS)手段研究了PtSb的晶體結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)。結(jié)果與多晶Pt片做性能對比。發(fā)現(xiàn)，從

3、有機小分子的起始氧化電位、氧化峰電流密度及正向和負(fù)向掃描過程中電流峰值之比If/Ib這三個重要的指標(biāo)上看，PtSb催化劑具有良好的電催化氧化性能及抗CO中毒性能。認(rèn)為，PtSb催化劑中Sb可以在較低電位下氧化生成氧化物種如SbO+，帶正電荷的SbO+可能具有授予氧原子的能力或吸引電子的能力，使有機小分子脫氫后含碳?xì)堄辔锉秽徑黃b活性位上的含氧物種氧化除掉，釋放Pt活性位以便于有機小分子的吸附和分解，從而提高了有機小分子氧化的活性，使得氧

4、化峰電位負(fù)移并且峰電流密度增加。 采用氬弧熔煉后熱處理方法制備了PtBi金屬間化合物材料。循環(huán)伏安(CV)和旋轉(zhuǎn)圓盤電極手段(RDE)進(jìn)行電化學(xué)性能測試。通過在含有甲醇的硫酸溶液中對氧還原的起始電位和電流密度大小比較發(fā)現(xiàn)，與光滑鉑電極相比，在含有甲醇的溶液中，PtBi金屬間化合物氧還原的起始電位正移，且電流密度為Pt電極的4倍，說明PtBi金屬間化合物具有良好的氧還原催化性能和抗甲醇中毒性能。為了降低成本，提高催化劑的利用率，我

5、們采用溶膠法制備了碳載納米Pt-Bi金屬間化合物催化劑。反應(yīng)溶液中不同Pt、Bi原始原子比制備的納米Pt-Bi金屬間化合物均為PtBi2，循環(huán)伏安(CV)和旋轉(zhuǎn)圓盤電極手段(RDE)發(fā)現(xiàn)該材料也體現(xiàn)出了良好的電催化氧還原性能及抗甲醇氧化性能。采用XPS，XRD和透射電鏡(TEM)等技術(shù)對這種催化劑進(jìn)行表征。從結(jié)構(gòu)方面分析了PtBi和PtBi2具有抗甲醇中毒性能的原因，認(rèn)為是Pt-Bi催化劑中大的Pt-Pt間距不利于甲醇的吸附解離。XPS