甲醇電化學(xué)氧化催化劑的研究.pdf

1、燃料電池是一種不經(jīng)過(guò)燃燒直接將燃料的化學(xué)能以電化學(xué)反應(yīng)方式轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿哪芰哭D(zhuǎn)換裝置，是21世紀(jì)最有發(fā)展前景的技術(shù)之一。其中，直接甲醇燃料電池(DMFC)具有理論能量轉(zhuǎn)化效率高、能量密度高、啟動(dòng)快等優(yōu)點(diǎn)，是最具大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化前景的燃料電池之一。
　　電催化劑是決定DMFC性能的關(guān)鍵材料。碳載鉑催化劑(Pt/C)是當(dāng)前DMFC中應(yīng)用最廣泛的催化劑，但甲醇電化學(xué)氧化(MOR)過(guò)程中，中間產(chǎn)物CO導(dǎo)致的Pt失活是DMFC技術(shù)的關(guān)鍵問(wèn)題。本文

2、通過(guò)材料表征和電化學(xué)分析，研究開(kāi)發(fā)了氧化鎢修飾含氮大孔碳載鉑釕催化劑，討論了碳載體及其改性、碳載體修飾對(duì)鉑及鉑釕合金上MOR行為的影響。
　　本文通過(guò)硬模板制備大孔碳(MPC)載鉑催化劑，摸索了模板對(duì)MPC孔結(jié)構(gòu)以及載鉑的影響，結(jié)果表明，與金屬鋁模板相比使用CaCO3作為模板能夠碳化時(shí)發(fā)氣形成多級(jí)孔，得到的MPC載鉑催化劑對(duì)MOR具有良好的催化活性。通過(guò)葡萄糖-尿素聚合制備含氮大孔碳(N-MPC)，研究了MPC中氮對(duì)其載鉑催化劑構(gòu)

3、效關(guān)系。催化劑制備過(guò)程中，N-MPC的N促進(jìn)載鉑時(shí)Pt的分散;在MOR催化反應(yīng)過(guò)程中，N-MPC的N利于OH生成，從而強(qiáng)化了Pt上吸附的CO電氧化，使得含氮大孔碳載鉑催化劑(Pt/N-MPC)的催化活性能顯著高于Pt/MPC。
　　氧化鎢不但能產(chǎn)生OH，氧化鎢修飾含氮碳載體還能降低CO在Pt上的吸附能，利于CO脫附。因此氧化鎢修飾含氮大孔碳載鉑催化劑顯示出比Pt/N-MPC更高的催化活性，催化劑抗CO中毒性能得到明顯改善。更進(jìn)一步

4、地，在氧化鎢修飾含氮碳載體載鉑的基礎(chǔ)上，鉑釕合金化進(jìn)一步強(qiáng)化OH的形成，因此氧化鎢修飾含氮大孔碳載鉑釕催化劑顯示出很高的催化活性。DMFC的測(cè)試結(jié)果表明，PtRu/WO3/N-MPC（43.4 wt.％ PtRu）的最大功率密度達(dá)到了35 mW cm-2，而Pt/WO3/N-MPC（28.6 wt.％ Pt）的最大功率密度僅為28 mW cm-2。對(duì)比同樣的測(cè)試條件下商業(yè)化的PtRu/C（60 wt.％ PtRu）催化劑，其最大功率密度