組成和結(jié)構(gòu)的改變對甲醇燃料電池陽極PtRu催化劑性能的影響.pdf

1、直接甲醇燃料電池(DMFC)是以甲醇作為直接的燃料來源，具有能量轉(zhuǎn)化效率高，電池構(gòu)造簡單方便，對環(huán)境無負(fù)擔(dān)，清潔無污染等眾多優(yōu)點(diǎn)，在移動式高效發(fā)電裝置和便攜式電子通訊設(shè)備等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。PtRu/CNT是目前直接甲醇燃料電池使用最為廣泛的二元合金催化劑，然而催化劑在燃料電池陽極上氧化甲醇的速率不高，并且陽極很容易被甲醇氧化的中間產(chǎn)物毒化，導(dǎo)致了傳統(tǒng)的PtRu/CNT催化劑活性和抗中毒性相對不高，進(jìn)而在一定程度上影響了燃料電池的

2、開發(fā)與應(yīng)用。在催化劑制備過程中添加一些聚合物和雜多酸作為修飾劑，改善催化劑中碳納米管(CNT)載體的表面物理屬性，例如改善碳納米管載體表面孔結(jié)構(gòu)的大小、碳納米管載體活性位的數(shù)目多少和碳納米管載體的空間結(jié)構(gòu)等，是提高甲醇燃料電池陽極催化劑活性，增強(qiáng)催化劑抗中毒能力的一種有效途徑。本文取得了下列幾項(xiàng)結(jié)果：
　　1.引入殼聚糖(CS)修飾甲醇燃料電池陽極 PtRu/CNT催化劑，制得PtRu/CNT-CS催化劑。并探究了不同用量的殼聚糖

3、對催化劑活性與穩(wěn)定性的影響。通過透射電子顯微鏡(TEM)測試表明，經(jīng)過殼聚糖修飾后的PtRu/CNT-CS催化劑粒子粒徑明顯小于未經(jīng)修飾的PtRu/CNT催化劑。通過電化學(xué)測試表明，相比于PtRu/CNT催化劑來說，PtRu/CNT-CS催化劑的活性和穩(wěn)定性更高，且當(dāng) CNT與CS的質(zhì)量比為6:1時(shí)制得的PtRu/CNT(86％)-CS(14％)催化劑性能最佳。
　　2.引入聚二烯二甲基氯化銨(PDDA)修飾燃料電池陽極PtRu/

4、CNT催化劑，制得PtRu/CNT-PDDA催化劑。并討論了不同用量的PDDA對PtRu催化劑性能的影響。經(jīng)過電化學(xué)測試表明，當(dāng) CNT與 PDDA質(zhì)量比為2:1時(shí)制得的PtRu/CNT(67％)-PDDA(33％)的甲醇掃描峰值最大，表明其催化劑具有較好的甲醇氧化活性。
　　3.經(jīng)最優(yōu)量殼聚糖和PDDA修飾后的PtRu/CNT-CS和PtRu/CNT-PDDA催化劑基礎(chǔ)上添加硅鎢酸，制得(PtRu/CNT-CS)-HSiW和(P

5、tRu/CNT-PDDA)-HSiW催化劑。經(jīng)過電化學(xué)測試表明，相比于PtRu/CNT、PtRu/CNT-CS和PtRu/CNT-PDDA催化劑，用硅鎢酸修飾后的催化劑具有更好的甲醇氧化活性，抗CO中毒能力也有一定提高，并且先經(jīng)CS或PDDA修飾，后經(jīng)HSiW修飾所制得的催化劑性能最優(yōu)。
　　4.分別選用碳納米管(CNT)、石墨烯(GNS)和混合載體(CNT-GNS)作為甲醇燃料電池催化劑載體，制得 PtRu/CNT-CS、PtR

6、u/GNS-CS、PtRu/(CNT-GNS)-CS、PtRu/CNT-PDDA、PtRu/GNS-PDDA和PtRu/(CNT-GNS)-PDDA六種催化劑。測試表明，相比于其他的催化劑，利用混合載體(CNT-GNS)制得的PtRu/(CNT-GNS)-PDDA和 PtRu/(CNT-GNS)-CS催化劑中，PtRu粒子分散更加均勻，而用碳納米管(CNT)和石墨烯(GNS)制得的催化劑在一定區(qū)域內(nèi)有明顯團(tuán)聚現(xiàn)象。相比于不同質(zhì)量比的混合