修飾型醇類燃料電池低鉑電催化劑制備與性能研究.pdf

1、為解決能源危機和環(huán)境污染，能源問題及其相關技術受到了極大的關注。醇類燃料電池作為可以將化學能直接轉換為電能的一種環(huán)境友好的能源利用技術。近年來此領域中取得了很多可喜的成績，但目前在電催化劑方面，還有很多技術缺陷阻礙著其大規(guī)模商業(yè)化應用。
　　鉑目前是醇類燃料電池最高效的陽極和陰極電催化劑。但鉑仍有一些亟待克服的缺點：如價格昂貴；資源有限；易于被一氧化碳、醇的氧化物毒化等。因此，降低鉑的使用量、提高催化活性和穩(wěn)定性仍是醇類燃料電池催

2、化劑發(fā)展的方向。
　　本論文的研究工作主要圍繞如何制備鉑利用率高、催化劑活性高這一主題，制備修飾型低鉑催化劑。采用X-射線粉末衍射（XRD）、透射電鏡（TEM）、X射線光電子譜(XPS)、X-射線能量色散譜（EDX）等手段對催化劑結構進行了表征。采用循環(huán)伏安法、線性掃描法等電化學方法研究了催化劑在酸性溶液中的乙醇氧化反應及甲醇氧化反應，用旋轉圓盤技術研究了醇氧化反應的機理。具體見如下的三部分：
　　第一部分Pt修飾非晶態(tài)Co

3、Sn合金作為高效的電催化劑對乙醇的氧化
　　該研究調查了Pt修飾非晶態(tài)CoSn合金作為高效的電催化劑對乙醇的氧化。碳載Pt修飾CoSn合金納米粒子（作為屬性Pt-CoSn/C）的合成使用兩步化學合成（溶膠凝膠制備和穩(wěn)態(tài)置換法）。Pt-CoSn/C的結構納米材料的結構通過透射電子顯微鏡（TEM）和X-射線衍射（XRD）加以證實。在相同含量Pt的情況下，與Pt/C，PtSn/C和PtRu/C納米粒子相比，在循環(huán)伏安法測試中Pt-CoS

4、n/C納米顆粒對乙醇氧化有較高的活性。尤其是Pt修飾非晶態(tài)CoSn合金結構的催化劑在減少Pt使用量的同時還提高了其對乙醇的催化活性。
　　第二部分甲醇在Pt修飾非晶態(tài)CoSn合金上的電氧化
　　本工作的目的在于研究Pt修飾非晶態(tài)催化劑對甲醇電氧化行為的影響。采用溶膠凝膠法和穩(wěn)態(tài)置換法合成了低Pt修飾非晶態(tài)CoSn合金催化劑，使用透射電鏡和X射線衍射分析CoSn/C前體，Pt-CoSn/C催化劑的形貌及晶體結構；循環(huán)伏安和旋轉

5、圓盤電極等測試電化學性能。并比較了Pt/C、PtRu/C和Pt-CoSn/C催化劑對甲醇氧化的電催化活性和穩(wěn)定性。結果表明，Pt修飾非晶態(tài)CoSn合金催化劑對甲醇氧化有較好的電催化性能，Co，Sn的加入降低了催化劑Pt用量，無定型的CoSn合金具有良好的質子和電子傳導能力，進一步提高了Pt對甲醇氧化的電催化活性，特別是Pt-CoSn/C對甲醇電催化的質量活性和穩(wěn)定性要優(yōu)于PtRu/C催化劑。
　　第三部分Co@Pt/C核殼納米催化

6、劑應變效應對甲醇電催化氧化活性的提高
　　在以質量基礎上，通過應用一個表面作用制備PtCo二元合金核殼結構的納米粒子催化劑來提高對甲醇氧化的催化活性。在含有Co/C前體的溶液中用乙二醇來還原不同含量的Pt合成核殼結構的納米復合Co@Pt催化劑。并通過透射電子顯微鏡（TEM）、X-射線衍射（XRD）、X-射線光電子譜（XPS）及電化學技術對催化劑性能進行了表征。核殼型納米復合材料Co@Pt/C催化劑提高了對甲醇氧化反應的催化活性。催