含硫化合物在甲醇和聯(lián)氨電催化氧化中的應(yīng)用研究.pdf

1、直接甲醇燃料電池(DMFC)具有無(wú)污染、燃料來(lái)源廣、能量轉(zhuǎn)化率高、儲(chǔ)存和運(yùn)輸方便等優(yōu)點(diǎn),而直接聯(lián)氨燃料電池(DHFC)除具有上述某些優(yōu)點(diǎn)外,還具有體積能量密度高、無(wú)催化劑中毒等特點(diǎn)。兩者在便攜式電源、電動(dòng)機(jī)車(chē)和野外電站等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景,對(duì)解決當(dāng)前世界面臨的能源短缺和環(huán)境污染兩大難題具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。但是,陽(yáng)極催化劑的低活性及高價(jià)格仍是阻礙DMFC和DHFC商業(yè)化發(fā)展的關(guān)鍵問(wèn)題之一。提高陽(yáng)極催化劑活性、降低貴金屬用量是推動(dòng)其商業(yè)

2、化發(fā)展的重要途徑。本論文主要研究含硫化合物(硫堇、L-半胱氨酸)對(duì)DMFC及DHFC陽(yáng)極催化劑或載體的改性,通過(guò)傅立葉變換紅外光譜(FTIR)、掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)、X射線衍射光譜(XRD)、能量散射譜(EDS)、循環(huán)伏安法(CV)、計(jì)時(shí)電流法等分析測(cè)試技術(shù),對(duì)電催化劑形貌、結(jié)構(gòu)、物理化學(xué)性質(zhì)等進(jìn)行了詳細(xì)研究。本論文的主要研究工作如下:
　　 (1)采用商業(yè)催化劑E-TEK20wt.％Pt/C和Pt

3、Ru/C擔(dān)載于石墨片電極上,通過(guò)覆蓋的Nation膜吸附硫堇(Th)而對(duì)電極改性。采用CV考察Pt/C/石墨和PtRu/C/石墨電極吸附Th前后電催化氧化甲醇性能的變化,結(jié)果表明:Pt/C/石墨和PtRu/C/石墨電極分別吸附Th后電催化甲醇的峰電流密度是各自吸附前的3.77和2.51倍,Th的吸附量對(duì)電極的催化性能亦有較大的影響,而且Th還能有效提高催化劑的抗中毒能力和長(zhǎng)期循環(huán)穩(wěn)定性。
　　 (2)采用化學(xué)方法制備了L-半胱氨

4、酸嫁接改性碳納米管(CNTs-SH)以及催化劑CNTs-S-Au。FTIR結(jié)果表明L-半胱氨酸成功地嫁接到CNTs表面。TEM和XRD結(jié)果表明CNTs-SH載體因形成S-Au鍵而有利于Au納米顆粒的均勻分散,Au納米顆粒平均粒徑為2.8 nm。CV曲線表明CNTs-S-Au催化劑對(duì)聯(lián)氨具有較高的電催化活性,其氧化過(guò)程是擴(kuò)散步驟控制,且電子轉(zhuǎn)移數(shù)為4。CNTs-SH是聯(lián)氨氧化電催化劑的良好載體。
　　 (3)以硫堇修飾的碳納米管為