基于多孔碳基納米材料的堿性直接甲醇燃料電池陽極催化劑的制備及電催化性能研究.pdf

1、堿性直接甲醇燃料電池具有高的能量密度、高轉(zhuǎn)換效率、燃料易存儲等優(yōu)點而受到人們的密切關(guān)注，但其陽極催化劑仍存在著成本高、催化活性低等問題，制約了其商業(yè)化應(yīng)用。近年來，多孔碳基納米材料因其獨特的形貌結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性質(zhì)而被認(rèn)為是一種極其具有應(yīng)用前景的載體材料，用于制備高活性Pt基電催化劑。本論文釆用模板法合成了三種多孔碳基納米材料，并將其作為載體制備堿性直接甲醇燃料電池陽極催化劑，同時深入考察了催化劑的結(jié)構(gòu)、形貌及組成對于堿性條件下電催化甲醇

2、氧化性能的影響。具體研究內(nèi)容與結(jié)果如下：
　　1．以功能化離子液體為前驅(qū)體制備多孔氮摻雜碳及其用于電催化氧化甲醇
　　由于離子液體具有熔點低、熱力學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、蒸氣壓低等優(yōu)點，選用離子液體同時作為碳源和氮源，二氧化硅納米球為硬模板，通過自組裝的方法將離子液體包裹在二氧化硅球表面，碳化后除去硬模板二氧化硅，制備多孔氮摻雜碳材料。通過表征發(fā)現(xiàn)該碳材料具有較好多孔結(jié)構(gòu)，氮含量為2.92wt％，比表面積高達1515m2g-1，約是商業(yè)

3、化VulcanXC-72R(254m2g-1)的4倍。將其負(fù)載上Pt后，Pt納米顆粒均勻地分散在載體表面，用于堿性條件下的甲醇氧化中，并與商業(yè)化Vulcan XC-72R負(fù)載Pt(Pt/C)催化劑比較，顯示出較好的催化活性與穩(wěn)定性。這可能由于多孔結(jié)構(gòu)有利于物質(zhì)的擴散，高的比表面積有利于金屬顆粒的分散，摻雜的氮元素有利于與金屬顆粒的相互作用。
　　2．以多巴胺為前驅(qū)體制備多孔氮摻雜碳球及其用于電催化氧化甲醇
　　為了進一步提高

4、氮含量，簡化材料制備過程，使用多巴胺為碳、氮源，兩親性嵌段共聚物PS173-b-PEO170為軟模板，通過自組裝的方法，制備得到具有多孔結(jié)構(gòu)的氮摻雜碳球。物理表征結(jié)果表明，氮摻雜碳球具有均一的粒徑，約為200nm，氮含量為6.9wt%，同時有較大的比表面積，為554m2g-1。將其負(fù)載上Pt后，Pt納米顆粒直徑約為2.5nm，且均勻分散在碳球表面，用于堿性條件下的甲醇氧化中，其氧化甲醇的峰值電流密度為101mAcm?2，比商業(yè)化碳載體V

5、ulcanXC-72R負(fù)載Pt得到的Pt/C(29mAcm?2)高約3倍，顯示出高的催化活性，這可能由于蜂窩狀的多孔結(jié)構(gòu)和氮元素的摻雜共同作用決定的，尤其氮元素的摻雜更有利于高分散和高活性Pt納米顆粒的形成。
　　3．多孔碳負(fù)載Pt-Pd合金催化劑用于電催化氧化甲醇
　　由于Pt催化劑有著易CO中毒的缺點，在改進載體的基礎(chǔ)上，將Pt-Pd作為催化劑的活性組分，制備雙金屬合金催化劑，進一步提高其催化活性和穩(wěn)定性。以酚醛樹脂為碳