直接乙醇燃料電池新型陽極催化劑的制備及其性能研究.pdf

1、直接乙醇燃料電池(DEFC)是將乙醇直接作為燃料把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。乙醇作為燃料來源豐富、價(jià)格低廉、無毒、相對(duì)甲醇滲透率低、能量密度高、便于攜帶和儲(chǔ)存，是一種可再生的綠色燃料而備受青睞。但是，目前DEFC的研究進(jìn)展相對(duì)緩慢，其主要問題是：電極動(dòng)力學(xué)慢過程，電極 Pt易被反應(yīng)過程中生成的CO類物種毒化。目前DEFC的陽極和陰極有效催化劑仍以鉑為主，但由于鉑的價(jià)格昂貴、資源匱乏、造成DEFC成本很高，使其難以走向商業(yè)化。因此，探索

2、一種新型高效的抗CO中毒能力強(qiáng)，價(jià)格低廉或低Pt電極催化劑，尤其是陽極催化劑是DEFC最具有挑戰(zhàn)性的研究課題之一。本文針對(duì)Pt催化劑用量大價(jià)格高，乙醇氧化(EOR)活性低，在低電位CO中毒等問題，提出了相應(yīng)的解決方案，并做了以下工作：
　　1.采用改進(jìn)的Bnnemann法成功制備了新型低鉑三元陽極電催化劑Pt-Vx-SnO2/C(x=1/4、1/3、2/3)并同法制得Pt/C、Pt-V/C和Pt-SnO2/C與之作比較。利用X射線

3、衍射(XRD)和透射電子顯微鏡(TEM)分析其結(jié)構(gòu)與表面形貌，結(jié)果表明：上述催化劑中Pt均為面心立方結(jié)構(gòu)，V和Sn的加入使Pt的晶格常數(shù)發(fā)生改變，催化劑分散性好且粒徑分布狹窄，平均粒徑為2～4nm；高倍透射電子顯微鏡(HRTEM)結(jié)果顯示，Pt-V1/3-SnO2/C三元電催化劑是由Pt-V合金和SnO2兩相組成。元素分析(EDS)不同組分催化劑的原子組成發(fā)現(xiàn)，催化劑的原子配比實(shí)驗(yàn)值與理論值相近。X射線光電子能譜(XPS)分析結(jié)果表明，

4、在Pt-SnO2中添加少量的V，Pt的化學(xué)位移發(fā)生輕微的移動(dòng)，說明V可能改變了Pt的表面狀態(tài)。
　　采用循環(huán)伏安(CV)、線性掃描伏安(LSV)、電流-時(shí)間(i-t)曲線和交流阻抗譜(EIS)等電化學(xué)測試手段研究不同組分催化劑對(duì)乙醇的電催化活性和穩(wěn)定性。結(jié)果表明，催化劑的EOR活性順序?yàn)椋篜t-Vx-SnO2/C>Pt-V/C>Pt-SnO2/C>Pt/C，發(fā)現(xiàn)Pt-V1/3-SnO2/C電催化劑的EOR活性和穩(wěn)定性最佳，有望成為

5、DEFC的陽極催化劑；
　　研究溫度對(duì)EOR活性的影響結(jié)果顯示，所有的催化劑隨溫度的升高乙醇氧化的起始電位逐漸降低而電流值增大，其中三元催化劑更為明顯。其原因是由于通過升高溫度可以降低乙醇氧化反應(yīng)的過電位，增強(qiáng)了電池內(nèi)部的傳質(zhì)，從而促進(jìn)了乙醇氧化的動(dòng)力學(xué)過程。而V和Sn的協(xié)同作用可以降低Pt-V-SnO2/C催化劑對(duì)乙醇氧化反應(yīng)的活化能。
　　2.首次采用改進(jìn)的Bnnemann法制備了低Pt三元陽極電催化劑Pt-Ir-SnO

6、2/C并同法制得Pt/C、Pt-Ir/C和Pt-SnO2/C與之作比較。利用XRD、TEM以及XPS對(duì)催化劑晶型結(jié)構(gòu)、表面形貌、粒徑尺寸和表面電子結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。運(yùn)用LSV、CV和i-t曲線進(jìn)行電化學(xué)測試，并研究了溫度對(duì)乙醇電催化氧化活性的影響。XRD和TEM結(jié)果表明，上述催化劑中Pt均為面心立方結(jié)構(gòu)，Sn的加入使Pt的晶格常數(shù)變大，Ir的加入使Pt的晶格常數(shù)變?。淮呋瘎┓稚⑿暂^好且粒徑分布狹窄，平均粒徑為2～4nm。電化學(xué)結(jié)果表明，上