鉑銠合金催化劑的制備及其乙醇電氧化性能的研究.pdf

1、直接醇類燃料電池由于其能量密度高，對環(huán)境友好等特點，受到廣泛關(guān)注。其中，乙醇因能提供較高的能量密度（8.1kWh Kg-1），低毒性，易于儲存和運輸，以及便于從生物質(zhì)原料中獲得等優(yōu)點，受到越來越多的關(guān)注，成為煤、石油、天然氣等化石燃料極具吸引力的替代能源。對直接乙醇燃料電池裝置來說，能量轉(zhuǎn)化效率的關(guān)鍵是催化劑，而目前最常用的Pt/C催化劑對乙醇的電氧化催化活性較低，使得乙醇中的C-C鍵較難斷裂，且催化劑本身成本較高，易中毒，阻礙了燃料電

2、池的商用化進程。因此，開發(fā)出更高活性的催化劑，同時提高貴金屬鉑的利用率，降低催化劑的成本迫在眉睫?，F(xiàn)階段，引入其他金屬與鉑形成合金，充分發(fā)揮鉑和其他金屬的協(xié)同效應(yīng)是提高Pt基催化劑活性的有效的方法。另外，利用金屬與載體之間的相互作用，提高Pt基催化劑的活性和穩(wěn)定性也是很重要的研究方向。本論文從這兩個方面入手，制備出了不同的鉑銠(PtRh)合金納米材料，并研究了他們作為直接乙醇燃料電池陽極催化劑材料的物化性能。主要內(nèi)容和結(jié)論如下:(1)T

3、iO2修飾的PtRh合金催化劑的乙醇電氧化催化性能的研究運用熱分解法先制備TiO2-C的復(fù)合載體，再利用硼氫化鈉將Pt和Rh的顆粒還原至復(fù)合載體TiO2-C表面，最終在300℃溫度下通N2煅燒2h得到PtRh合金。根據(jù)之前的報道，當(dāng)原子比Pt∶Rh=9∶1時，催化劑的活性最佳。因此，遵循9∶1(Pt/Rh)的原子比制備PtRh合金催化劑，記作Pt9Rh/TiO2-C。XRD和STEM表征結(jié)果表明，制得的PtRh合金均勻地分布在TiO2-

4、C載體上。電化學(xué)表征結(jié)果證明，Pt9Rh/TiO2-C催化劑的峰電流密度達到1039.5mA mgPt-1，是Pt/C催化劑峰電流密度的8.31倍;同時該催化劑CO氧化的起峰電位明顯負于催化劑對比樣，顯示了極為優(yōu)越的抗CO毒化能力。(2)復(fù)合載體WN-CNTs負載的PtRh合金催化劑的乙醇電氧化催化性能的研究首先，將濃酸處理過后的碳納米管(CNTs)和偏鎢酸銨溶液充分?jǐn)嚢杌旌?，干燥后將樣品在氨氣環(huán)境下，加熱到800℃保溫2h，制得WN-

5、CNTs。再用硼氫化鈉將Pt和Rh顆粒還原到WN-CNTs載體表面，最后在300℃溫度下通N2煅燒2h得到PtRh合金，該催化劑記作Pt9Rh/WN-CNTs。XRD和SEM表征顯示，PtRh合金均勻分布在WN-CNTs載體上，TEM結(jié)果表明，PtRh合金的平均晶粒尺寸為5.36nm。電化學(xué)測試表明，Pt9Rh/WN-CNTs催化劑的峰電流密度為484.8mA mgPt-1，是Pt/WN-CNTs催化劑的3.59倍，更重要的是，該催化劑

6、CO氧化的起峰電位為0.27V，比Pt/CNTs催化劑的CO氧化的起峰電位整整負移了130mV，顯示了極佳的抗毒化能力。(3)三元合金Pt9RhFex/C催化劑的制備及其乙醇電氧化催化性能的研究運用一步法制得催化劑，利用硼氫化鈉將Pt、Rh和Fe的顆粒還原至商業(yè)碳粉(XC-72R)表面，然后在300℃溫度下通N2煅燒2h得到Pt9RhFex三元合金，其中不同對比樣之間的原子比Pt∶Rh=9∶1，而Fe含量不同(x=1，3，5，7，9)。

7、電化學(xué)測試表明，當(dāng)合金原子比為Pt∶Rh∶Fe=9∶1∶3時，催化劑擁有最好催化性能。通過STEM可以觀察到，三元合金Pt9RhFe3顆粒良好地分散在載體上，晶粒細小且均勻。通過XPS和TEM線掃結(jié)果可以看出，該合金是表面富鉑的結(jié)構(gòu)，這就保證了該催化劑在酸性電解質(zhì)中能夠穩(wěn)定工作。CV加速實驗以及CA穩(wěn)定性測試結(jié)果均表明，Pt9RhFe3/C催化劑具有很強的穩(wěn)定性。此外，CO溶出實驗進一步表明，該原子比下的催化劑具有優(yōu)良的抗CO中毒能力，