直接醇类燃料电池阳极催化剂的研究

【摘要】：直接醇类燃料电池(DAFC)具有燃料易运输与存储、重量轻、体积小、结构简单、能量效率高和低的污染等优点，在手提电源、电动汽车等领域具有广阔的发展前景。然而目前在DAFC常用的燃料甲醇，在阳极上的氧化速率缓慢及甲醇渗透等问题是阻碍DAFC进程的两大技术难题。本论文主要研究DAFC中阳极催化剂制备的新方法；考察了各种不同制备参数对催化剂金属粒子的合金化程度、平均粒径、相对结晶度、分散度和阳极催化剂的电化学活性及稳定性的影响。其主要结果如下： 1．比较了在不同温度下，用浓HNO_3处理的碳纳米管(CNTs)作载体的Pt(Pt／CNTs)催化剂对甲醇氧化的电催化活性，发现经浓HNO_3处理后，CNTs表面修饰上的含氧基团在对CNTs上沉积Pt粒子的平均粒径有较大影响。表面修饰程度适当时，制得的Pt／CNTs催化剂中的Pt粒子较小，因此，对甲醇氧化的电催化活性较高，而表面修饰程度过大，易使Pt粒子团聚，而使Pt／CNTs催化剂对甲醇氧化的电化学活性降低。 2．研究了用络合还原法来制备DMFC中阳极Pt-Ru／C催化剂以及制得的Pt-Ru／C催化剂对甲醇氧化的电催化活性。 (1)在用络合还原法制备Pt-Ru／C催化剂时，使用THF和H_2O混合溶剂。由于THF能与H_2PtCl_6形成络合物，使H_2PtCl_6和RuCl_3的还原电位相近。因此，H_2PtCl_6和RuCl_3基本上可同时还原，使制得的Pt-Ru／C催化剂中的Pt-Ru粒子具有高的合金化程度，同时发现THF和H_2O的体积比基本上与合金化程度无关。另外，由于THF和H_2O之间的氢键作用，THF和H_2O能形成分子团簇。由于该分子团簇体积较大，能阻止Pt-Ru粒子的团聚，所以，用络合还原法制得的Pt-Ru／C催化剂中的Pt-Ru粒子的平均粒径要比在水溶液中制得的Pt-Ru／C催化剂中的Pt-Ru粒子的平均粒径小很多。因此，用络合还原法制得的Pt-Ru／C催化剂对甲醇氧化的电催化活性要高于在水溶液中还原制得的Pt-Ru／C催化剂。 (2)由于THF和H_2O分子团簇的量与THF和H_2O体积比有关，因此，THF和H_2O的体积比能在一定程度上影响Pt-Ru粒子的平均粒径。当THF和H_2O的体积比为5∶5时，制得的Pt-Ru／C催化剂中的Pt-Ru粒子的平均粒径最小，因此，对甲醇