直接甲酸燃料電池炭載Au基陰極復(fù)合催化劑的研究.pdf

1、十多年來的研究逐步發(fā)現(xiàn)，直接甲醇燃料電池(DMFC)存在陽(yáng)極催化劑性能低、易中毒、甲醇易透過Nafion膜、甲醇有毒等問題，在近期內(nèi)很難實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。近年來發(fā)現(xiàn)，如用甲酸作燃料得到的直接甲酸燃料電池(DFAFC)比DMFC有很多優(yōu)點(diǎn)。例如，甲酸對(duì)Nafion膜的滲透率要比甲醇低2個(gè)數(shù)量級(jí)。雖然甲酸對(duì)Nafion膜的滲透率很低，但總會(huì)有一小部分的甲酸滲透到陰極，并在陰極上氧化，使陰極的性能下降。因此，研究對(duì)氧還原有高的電催化活性和高的抗甲酸

2、能力的陰極催化劑也是DFAFC研究中的一個(gè)重要方向。但是，除了我們研究組發(fā)表的文章外，目前還沒有研究DFAFC陰極催化劑的報(bào)道。在DMFC中，陰極催化劑一般為Pt、Pd或Pt基、Pd基復(fù)合催化劑，但n和Pd對(duì)甲酸氧化都有很好的電催化活性，所以，它們不適宜用作DFAFC的陰極催化劑。因此，必須研究新的DFAFC的陰極催化劑。 本論文主要研究DFAFC中炭載Au和Au基陰極復(fù)合催化劑的制備方法，考察了Au和Au基陰極復(fù)合催化劑組分和

3、結(jié)構(gòu)因素對(duì)氧還原和甲酸氧化的電催化性能的影響及機(jī)理。主要結(jié)果如下： 1.用聚乙烯醇(PVA)保護(hù)法制備的Au/C催化劑的Au粒子的平均粒徑和相對(duì)結(jié)晶度要比用預(yù)沉淀法制備的Au/C催化劑的小得多，因此，PVA保護(hù)法制備的Au/C催化劑有更高的對(duì)氧氣還原電化學(xué)活性。同時(shí)發(fā)現(xiàn)Au/C催化劑對(duì)甲酸氧化沒有電催化活性，因此，Au/C催化劑具有高的抗甲酸能力。 2.碳載四苯基鈷卟啉(CoTPP/C)催化劑經(jīng)600℃熱處理后，其對(duì)氧還

4、原的電催化活性要好于未熱處理的CoTPP/C催化劑。同時(shí)，還首次發(fā)現(xiàn)CoTPP/C催化劑不但對(duì)甲酸氧化沒有電催化活性，而且甲酸還會(huì)輕微提高熱處理CoTPP/C催化劑對(duì)氧還原的電催化活性。 3.由PVA保護(hù)法制備的CoTPP-Au/C催化劑中Au粒子的平均粒徑小、相對(duì)結(jié)晶度低，粒徑分布均勻，加上CoTPP熱處理時(shí)形成的N4-Co鍵合物相互之間的協(xié)同催化作用，導(dǎo)致CoTPP-Au/C催化劑對(duì)氧還原電催化活性比CoTPP/C和Au/C

5、催化劑要高很多。同時(shí)，發(fā)現(xiàn)CoTPP-Au/C催化劑對(duì)甲酸氧化也沒有電催化活性，因此，CoTPP-Au/C催化劑是一種對(duì)氧還原有較高電催化活性和有高的抗甲酸能力的催化劑。 4.用四氫呋喃(THF)絡(luò)合還原法制得的Au-Ir/C催化劑中的Au和Ir不能形成合金，Au以面心立方晶體的結(jié)構(gòu)存在，而Ir以無定形存在。Au/C、Ir/C和Au-Ir/C催化劑對(duì)甲酸氧化基本上沒有電催化活性。因?yàn)锳u和Ir對(duì)氧還原的相互協(xié)同催化作用，所以Au