錫摻雜二氧化鈦納米材料促進(jìn)甲醇電氧化性能的研究.pdf

1、直接甲醇燃料電池(DMFC)因其較高的能量密度、適宜的操作環(huán)境、簡(jiǎn)易的操作過程以及幾乎為零的污染物排放，得到廣泛關(guān)注和研究。但是其陽(yáng)極催化劑仍存在問題亟需解決，包括相對(duì)較高的成本、催化劑活性位點(diǎn)易被毒化、催化活性低以及催化劑穩(wěn)定性差等。本文引入Sn摻雜TiO2(Sn-TiO2)固溶體到DMFC陽(yáng)極催化劑中作為助劑和載體，以提高催化劑的催化活性和穩(wěn)定性。本文對(duì)所制備的引入Sn-TiO2后的催化劑進(jìn)行了物理化學(xué)性能表征和電化學(xué)測(cè)試，并詳細(xì)討

2、論了其對(duì)催化劑催化活性和穩(wěn)定性的促進(jìn)原理。
　　(1)利用溶膠-水熱法制各了不同摻雜比例的Sn-TiO2(TiO2、Ti0.9Sn0.1O2、Ti0.8Sn0.2O2和Ti0.7Sn0.3O2)，并將其與Vulcan XC-72 carbon black機(jī)械混合作為Pt催化劑的載體。探討了不同摻雜比例和不同“氧化物/C”比例對(duì)催化劑甲醇電氧化效果的影響。篩選出Sn摻雜比例為10％、“氧化物/C”比例為15∶35的催化劑(Pt/Ti

3、0.9Sn0.1O2-C70)作為主要研究對(duì)象，通過循環(huán)伏安(CV)、計(jì)時(shí)電流(CA)CO溶出伏安等電化學(xué)測(cè)試手段考察了Pt/Ti0.9Sn0.1O2-C70催化劑的甲醇電氧化催化活性和穩(wěn)定性。通過XPS分析，Sn元素的摻入使氧化物表面對(duì)含氧官能團(tuán)的吸附能力增強(qiáng)，進(jìn)而增強(qiáng)了氧化物在催化劑工作時(shí)的“雙功能機(jī)理”作用。同時(shí)使有利于催化劑催化活性和穩(wěn)定性的“三相界面”結(jié)構(gòu)更容易形成。
　　(2)將銳鈦礦TiO2分散在10 mol L-1

4、的NaOH溶液中進(jìn)行水熱反應(yīng)得到鈦酸鈉納米管，經(jīng)過酸洗和水洗，得到鈦酸納米管。將得到的鈦酸納米管加入到SnCl4的乙醇溶液中進(jìn)行離子交換得到Sn4+離子摻雜的鈦酸納米管，經(jīng)過焙燒后得到Sn摻雜TiO2納米管(Sn-TNT)。將其與Vulcan XC-72 carbon black混合作為Pt催化劑的復(fù)合載體，得到甲醇電氧化催化劑Pt/Sn-TNT-C。通過電化學(xué)測(cè)試可以得出，Pt/Sn-TNT-C相比較于Pt/Ti0.9Sn0.1O2-

5、C具有更高的甲醇電氧化催化活性。經(jīng)分析，混有鈦酸或TiO2(B)晶型的管狀錫摻雜二氧化鈦比顆粒狀氧化物具有更高的電子傳導(dǎo)性，同時(shí)，其對(duì)水分子的吸附能力加強(qiáng)。
　　(3)以氫氟酸為氟源，采用浸漬焙燒法對(duì)Sn摻雜TiO2納米管做進(jìn)一步修飾。將修飾后的氧化物(Sn-F-TNT)與炭黑混合，將Pt負(fù)載其上作為甲醇電氧化催化劑(Pt/Sn-F-TNT/C)。與Pt/Sn-TNT/C催化劑做對(duì)比，研究其電催化性能，結(jié)果表明，Pt/Sn-F-T