稀土元素?fù)诫s對(duì)Pt-Ru-C電催化性能的影響.pdf

1、直接甲醇燃料電池(DMFC)因其燃料來(lái)源豐富、易攜帶、能量轉(zhuǎn)化效率高、能量密度高、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，而在便攜式電源、電動(dòng)汽車(chē)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。目前，Pt-Ru合金催化劑是應(yīng)用最為廣泛的甲醇燃料電池陽(yáng)極催化劑，但是其性能仍不能夠滿足DMFC的應(yīng)用要求，開(kāi)發(fā)新型陽(yáng)極電催化劑是DMFC研究的主要課題。 稀土元素具有獨(dú)特的4f電子結(jié)構(gòu)，作為燃料電池甲醇電催化氧化材料的助催化劑已有一定的研究報(bào)道。但普遍存在稀土元素流失，催化劑活性穩(wěn)定

2、性不足的嚴(yán)重問(wèn)題。稀土元素與Pt、Ru形成合金，可有效避免稀土元素的電化學(xué)腐蝕，并能借助稀土元素廠軌道和空的d軌道調(diào)變Pt原子的d電子結(jié)構(gòu)，對(duì)增進(jìn)Pt-Ru催化劑活性有重要作用。 本文應(yīng)用脈沖電沉積法制備了稀土元素?fù)诫s的合金型Pt-Ru-Ln/C(Ln為L(zhǎng)a、Ce、Sm、Eu、Dy、Ho、Lu、Y)電催化劑。采用XRD、EDS和XPS表征。Pt-Ru-Lm/C電催化劑的物性結(jié)構(gòu)、表面元素組成和價(jià)態(tài)形式。采用循環(huán)伏安法(CV)和交

3、流阻抗法(EIS)測(cè)試催化劑電催化氧化甲醇的活性。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明： 1．電催化劑中Pt、Ru、Ln三種元素以合金的形式存在，在合金表面有LnO<,x>存在，合金微粒粒徑約為2～4 nm，比表面積約為50～90m<'2>·g<'-1>，合金微粒的組成與加入前驅(qū)體中金屬元素比例基本吻合。 2．摻雜適量稀土金屬對(duì)Pt-Ru合金的活性有明顯影響，在相同的脈沖沉積參數(shù)(脈沖通斷時(shí)間比t<,on>/t<,off>=100/3

4、00，沉積電位為-0.4 V(vs.SCE)，脈沖次數(shù)n<,c>=300次)及稀土摻雜量(摩爾分?jǐn)?shù)為0.2)下，不同稀土元素?fù)诫s的Pt-Ru/C催化劑電催化氧化甲醇活性大小順序如下：Pt-Ru-Eu/C≈Pt-Ru-Ho/C>Pt-Ru-Dy/C>Pt-Ru-Sm/C≈Pt-Ru/C>Pt-Ru-La/C>Pt-Ru-Ce/C>Pt-Ru-Y/C≈Pt-Ru-Lu/C，其中，Eu、Ho可顯著促進(jìn)Pt-Ru合金催化劑的活性，Dy、Sm有微

5、弱的促進(jìn)效應(yīng)，而La、Ce、Lu、Y則降低了Pt-Ru合金催化劑的活性。 3.Pt-Ru-Eu<,0.2>/C和Pt-Ru-Ho<,0.2>/C催化劑的Tafel常數(shù)a均低于Pt-Ru/C，反應(yīng)活化能相對(duì)Pt-Ru/C有所降低，分別為28,3 kJ·mol<'-1>和28.4 kJ·mol<'-1>；催化活性均明顯高于Pt-Ru/C，O.5mol L<'-1> H<,2>SO<,4>+0.5 molL<'-1>CH<,3>OH中

6、峰電流密度分別為67.5 mA·cm<'-2>和66.8 mA·cm<'-2>，反應(yīng)起始過(guò)電位相比Pt-Ru/C負(fù)移了0.05 V。 4.甲醇濃度的提高和反應(yīng)溫度的升高，均能使Pt-Ru-Eu<,0.2>/C和Pt-Ru-Ho<,0.2>/C催化劑的甲醇電氧化速率提高。 5.稀土Eu的摻雜并未降低Pt-Ru/C催化劑活性穩(wěn)定性，實(shí)驗(yàn)掃描周數(shù)的增加，活性物表面的稀土金屬Eu有一定程度的流失，但活性并未明顯降低。電催化劑的粒