直接甲醇燃料電池陽(yáng)極催化劑的制備及電化學(xué)研究.pdf

1、碳載體是聚合物膜燃料電池催化劑的關(guān)鍵材料之一。目前,通常的碳載體有碳黑和碳納米管(CNTs)等,因制備過(guò)程中產(chǎn)生的無(wú)定型碳顆粒不利于載體的電化學(xué)穩(wěn)定,繼而使用混合酸純化碳載體,在此過(guò)程中碳表面產(chǎn)生了-COOH等缺陷官能團(tuán),使得催化劑顆粒主要以這些缺陷為中心沉積,導(dǎo)致催化劑的團(tuán)聚現(xiàn)象；同時(shí),碳黑存在大量的微孔(<2.5nm),使得部分催化劑顆粒沉積其中而起不到催化作用,導(dǎo)致催化劑的利用率降低。聚吡咯(PPy)作為超級(jí)電容器的優(yōu)良材料,引入

2、到催化層中后改善了碳的孔徑分布,修補(bǔ)表面缺陷,改善碳表面的惰性,有利于金屬在碳表面的均勻沉積,提高催化劑的利用率,同時(shí)有助于提高催化層的電容值。
　　 本文采用原位化學(xué)氧化聚合,將碳材料與PPy均勻地復(fù)合。探討了PPy-C復(fù)合材料的形貌、顆粒尺寸、比表面積和孔徑分布、電子電導(dǎo)率和質(zhì)子傳遞能力以及作為催化劑載體的可行性。
　　 以制備的PPy-C為載體,采用化學(xué)還原的方法分別制備了具有較高電化學(xué)活性的Pt/PPy-XC72

3、、PtM/PPy-C(M=Co、Fe)甲醇氧化陽(yáng)極催化劑。同時(shí)采用置換法,制備了新穎的核殼結(jié)構(gòu)催化劑Co@PtRu/MWCNTs。
　　 采用掃描電鏡(SEM)、透射電鏡(TEM)、X射線衍射(XRD)、X射線光電子能譜(XPS)、循環(huán)伏安(CV)、線性掃描(Linear sweep scan)等手段對(duì)合成的Pt基催化劑的顆粒粒徑、形貌、電化學(xué)活性和穩(wěn)定性、甲醇氧化動(dòng)力學(xué)機(jī)理等進(jìn)行了探討,采用過(guò)氧化處理對(duì)部分催化劑進(jìn)行了研究。取

4、得了如下的創(chuàng)新性研究成果:
　　 以分子量較大的萘磺酸作為吡咯聚合的質(zhì)子酸,將萘磺酸根包裹于PPy的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)內(nèi)部,使PPy-C的電導(dǎo)率提高并改善了金屬在碳表面的分散性。
　　 采用一步法制備了PtFe/PPy-XC72催化劑。以三價(jià)鐵作為吡咯氧化聚合時(shí)的氧化劑和PtFe合金相的組分之一。除具有較高的甲醇電催化氧化活性外,還減少了洗滌、過(guò)濾等煩瑣的操作工藝。
　　 通過(guò)硼氫化鈉/水合肼雙還原劑制備鈷核,并利用Co+