收藏本站
收藏 | 论文排版

稀土元素掺杂对Pt-Ru/C电催化性能的影响

王秀光  
【摘要】: 直接甲醇燃料电池(DMFC)因其燃料来源丰富、易携带、能量转化效率高、能量密度高、无污染等优点,而在便携式电源、电动汽车等领域具有广阔的应用前景。目前,Pt-Ru合金催化剂是应用最为广泛的甲醇燃料电池阳极催化剂,但是其性能仍不能够满足DMFC的应用要求,开发新型阳极电催化剂是DMFC研究的主要课题。 稀土元素具有独特的4f电子结构,作为燃料电池甲醇电催化氧化材料的助催化剂已有一定的研究报道。但普遍存在稀土元素流失,催化剂活性稳定性不足的严重问题。稀土元素与Pt、Ru形成合金,可有效避免稀土元素的电化学腐蚀,并能借助稀土元素厂轨道和空的d轨道调变Pt原子的d电子结构,对增进Pt-Ru催化剂活性有重要作用。 本文应用脉冲电沉积法制备了稀土元素掺杂的合金型Pt-Ru-Ln/C(Ln为La、Ce、Sm、Eu、Dy、Ho、Lu、Y)电催化剂。采用XRD、EDS和XPS表征Pt-Ru-Ln/C电催化剂的物性结构、表面元素组成和价态形式。采用循环伏安法(CV)和交流阻抗法(EIS)测试催化剂电催化氧化甲醇的活性。 实验结果表明:1.电催化剂中Pt、Ru、Ln三种元素以合金的形式存在,在合金表面有LnO_x存在,合金微粒粒径约为2~4 nm,比表面积约为50~90m~2,g~(-1),合金微粒的组成与加入前驱体中金属元素比例基本吻合。2.掺杂适量稀土金属对Pt-Ru合金的活性有明显影响,在相同的脉冲沉积参数(脉冲通断时间比t_(on)/t_(off)=100/300,沉积电位为-0.4 V(vs.SCE),脉冲次数n_c=300次)及稀土掺杂量(摩尔分数为0.2)下,不同稀土元素掺杂的Pt-Ru/C催化剂电催化氧化甲醇活性大小顺序如下: 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可显著促进Pt-Ru合金催化剂的活性,Dy、Sm有微弱的促进效应,而La、Ce、Lu、Y则降低了Pt-Ru合金催化剂的活性。3.Pt-Ru-Eu_(0.2)/C和Pt-Ru-Ho_(0.2)/C催化剂的Tafel常数α均低于Pt-Ru/C,反应活化能相对Pt-Ru/C有所降低,分别为28.3 kJ·mol~(-1)和28.4 kJ·mol~(-1);催化活性均明显高于Pt-Ru/C,0.5mol L~(-1)H_2SO_4+0.5 molL~(-1)CH_3OH中峰电流密度分别为67.5 mA·cm~(-2)和66.8 mA·cm~(-2),反应起始过电位相比Pt-Ru/C负移了0.05 V。4.甲醇浓度的提高和反应温度的升高,均能使Pt-Ru-Eu_(0.2)/C和Pt-Ru-Ho_(0.2)/C催化剂的甲醇电氧化速率提高。5.稀土Eu的掺杂并未降低Pt-Ru/C催化剂活性稳定性,实验扫描周数的增加,活性物表面的稀土金属Eu有一定程度的流失,但活性并未明显降低。电催化剂的粒径由4.6 nm增大到5.1 nm,随着实验时间的延长有增大的趋势。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 刘世斌;王秀光;郝晓刚;张忠林;段东红;孙彦平;;Pt-Ru-Eu/C电催化氧化甲醇的性能研究[J];稀有金属材料与工程;2007年10期
2 张学会;刘峥;王国瑞;张京迪;;脉冲电沉积制备Ni-W-Fe-La纳米晶析氢电极材料[J];材料保护;2010年06期
3 田鹏;陈桂强;周智;龚晓钟;;电沉积制备稀土填充热电材料CoSb_3Sm_x工艺条件探索[J];广东化工;2009年12期
4 张芳;李光明;盛怡;胡惠康;吉洁;;三维电解法处理苯酚废水的粒子电极研究[J];环境科学;2007年08期
5 颜大志;祁争健;孙岳明;冯卫东;;直接甲醇燃料电池(DMFC)改性阳极催化剂的研究进展[J];工业催化;2007年03期
6 朱静;李路;韦小刚;;乙醇在Pt/SiO_2-CNTs纳米催化剂上的电催化氧化[J];邢台职业技术学院学报;2011年03期
7 杨铁柱,王明雄;过渡金属酞菁配合物化学修饰电极的研究——Ⅲ 对异烟肼的电催化氧化[J];湖北大学学报(自然科学版);1990年04期
8 孙景玉;张校刚;;PtSn/MWCNTs纳米催化剂的制备及其对甲醇的电催化氧化[J];曲阜师范大学学报(自然科学版);2007年04期
9 王延君;钟新仙;覃景庄;王志洪;黄寒星;;Pt/ZrP-Th-CNTs复合催化剂的制备及其对甲醇的电催化氧化[J];化工新型材料;2011年05期
10 王崇太;华英杰;李高仁;童叶翔;李玉光;;Cr(Ⅲ)-取代磷钨杂多配合物对4-甲基吡啶的电催化氧化作用[J];化学学报;2008年08期
11 刘冉;崔瑞海;高颖;邬冰;;Ho~(3+)修饰的Pt/C电极对DMM的电催化氧化[J];分子科学学报;2009年01期
12 赵新生,孙公权,姜鲁华,毛庆,辛勤,衣宝廉,杨少华;碳纳米管担载PtSn阳极催化剂对乙醇的电催化氧化性能研究[J];高等学校化学学报;2005年07期
13 王海涛;赵美玲;徐维林;邢巍;陆天虹;;稀土离子对甲醇电氧化的影响[J];高等学校化学学报;2007年02期
14 杨志宽;王要武;谢晓峰;尚玉明;郭建伟;胡国荣;;稀土化合物在直接醇类燃料电池中的应用研究进展[J];稀土;2008年06期
15 索春光;刘晓为;张宇峰;唐鼎;陆学斌;夏洪洋;曹姗姗;;化学还原法制备铂及铂合金催化剂及其性能[J];贵金属;2006年04期
16 罗宿星;何晓英;伍远辉;;Pt-W/GC对甲醇的电催化氧化及动力学参数的测定[J];化学研究与应用;2007年03期
17 刘禹硕;刘元;刘惠玲;;改性SnO_2电极的制备及电催化性能研究[J];材料科学与工艺;2010年06期
18 周颖华;岑树琼;李则林;牛振江;;电沉积三维多孔Pt/SnO_2薄膜及其对甲醇的电催化氧化[J];化学学报;2007年23期
19 邬冰;高颖;姜兆华;;后处理温度对Pt-TiO_2/C催化剂电催化性能的影响[J];黑龙江大学自然科学学报;2008年04期
20 张学会;刘峥;张京迪;周英智;;脉冲电沉积镍-钨-铁-镧纳米晶合金镀层的电催化析氢性能[J];机械工程材料;2010年12期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 王秀光;刘世斌;郝晓刚;张忠林;李一兵;段东红;;脉冲电沉积法制备直接甲醇燃料电池Pt-Ru-La/C电极[A];第三届全国化学工程与生物化工年会论文摘要集(上)[C];2006年
2 万鹰昕;刘丛强;;腐殖酸对高岭土吸附稀土元素影响的实验研究[A];第六届全国环境地球化学学术讨论会论文摘要汇编[C];2002年
3 李和平;王晗;;重新分析微稀土耐候钢中稀土元素的作用[A];全面建设小康社会:中国科技工作者的历史责任——中国科协2003年学术年会论文集(上)[C];2003年
4 杨庆祥;;稀土元素对轧辊钢组织性能影响的研究进展[A];全国轧辊技术研讨会论文集[C];2005年
5 李晖;郭明;田红;何飞跃;;合成具有类金刚石结构的稀土草酸配合物的新方法[A];中国化学会第二十五届学术年会论文摘要集(下册)[C];2006年
6 张宗清;叶笑江;;稀土元素的质谱同位素稀释分析和~(143)Nd/~(144)Nd比值的精确测定方法[A];中国地质科学院地质研究所文集(17)[C];1988年
7 张麟;潘仕荣;刘毅;毛忠泉;黄展云;陈弟虎;;稀土铈掺杂的非晶碳薄膜的微结构及其抗凝血性能的影响[A];第六届中国功能材料及其应用学术会议论文集(5)[C];2007年
8 宋苏顷;林学辉;夏宁;;阳离子交换树脂分离富集-电感耦合等离子体直读光谱法测定大洋多金属结核中的稀土元素及钪[A];第九届全国稀土分析化学学术报告会论文集[C];2001年
9 赵贵文;陈为钧;;稀土元素对植物光合生理效应的作用机制[A];中国稀土学会第四届学术年会论文集[C];2000年
10 赵贵文;陶冶金;黄勤妮;;我国稀土元素植物无机化学的近况及展望[A];第九届全国稀土分析化学学术报告会论文集[C];2001年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 史萍;稀土元素镧在植物细胞中的定位及对细胞产生生理生化效应的机制研究[D];兰州大学;2001年
2 张鑫;安徽铜陵矿区重金属元素释放迁移地球化学特征及其环境效应研究[D];合肥工业大学;2005年
3 何蔓;等离子体质谱(ICP-MS)/痕量稀土成份及形态分析研究[D];武汉大学;2004年
4 薛寒松;稀土掺杂二氧化钛纳米管模板法制备及光催化性能研究[D];重庆大学;2008年
5 王明星;机械振动及稀土锶复合对镁合金组织性能及夹杂物的影响[D];吉林大学;2008年
6 马俊红;铂—钌电催化剂中助剂钌的形态及稳定性研究[D];大连理工大学;2010年
7 丁海洋;稀土掺杂钛基SnO_2电极降解苯酚的电极过程研究[D];哈尔滨工业大学;2007年
8 张惠娟;低分子量有机酸对La、Gd和Y在番茄和美洲商陆体内贮存和运输的作用研究[D];南京农业大学;2009年
9 赵杰;直接甲醇燃料电池阳极催化剂的合成、表征及其电催化性能研究[D];浙江大学;2007年
10 高国玉;新燃料电池电催化剂的设计制备和液/液界面电化学研究[D];兰州大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王秀光;稀土元素掺杂对Pt-Ru/C电催化性能的影响[D];太原理工大学;2007年
2 刘占孟;电催化氧化处理染料废水实验研究[D];湘潭大学;2004年
3 王波;钛基RuO_x-PdO_y电极电催化氧化降解苯胺研究[D];四川大学;2005年
4 刘春前;稀土La掺杂Ti/Sb-SnO_2电极电催化氧化对硝基苯酚[D];浙江工业大学;2009年
5 徐佳;纳米Pt-Rh/C的制备、表征及甲醇电催化氧化的研究[D];山西大学;2010年
6 王倩;电—催化湿式氧化处理苯酚废水的协同作用研究[D];同济大学;2008年
7 郭英伟;电催化氧化阳极的制备及其在有机废水处理中的应用[D];沈阳工业大学;2006年
8 孙艳;气体扩散电极制备及其对苯酚降解效果的研究[D];哈尔滨工程大学;2007年
9 任莉君;导电聚合物复合膜修饰电极及其电化学性能研究[D];西北师范大学;2007年
10 杨苏东;功能化多壁碳纳米管负载燃料电池钯基阳极催化剂的制备及其催化性能[D];新疆大学;2008年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 ;含稀土元素的低成本粉末冶金钛合金[N];中国高新技术产业导报;2006年
2 白木;具有独特属性的稀土材料[N];大众科技报;2009年
3 张学铭;稀土元素的今昔[N];中国化工报;2001年
4 顾友;最稀少的稀土元素——铥[N];中国有色金属报;2006年
5 西北农林科技大学动物科技学院 汪水平田渊 王文娟;稀土元素在畜牧业上的研究与应用[N];中国畜牧兽医报;2008年
6 全国稀土农用研究中心供稿;稀土元素:农林苑中显身手[N];中华合作时报;2003年
7 维明;什么是稀土[N];北京科技报;2001年
8 记者 滕艳 周志兴;稀土元素丰缺影响信丰脐橙品质[N];地质勘查导报;2007年
9 中国稀土学会 王新林 陈占恒;中国稀土科技与产业发展状况(二)[N];中国冶金报;2008年
10 张树云;稀土原料在瓷釉中的用途[N];广东建设报;2005年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978