论文部分内容阅读
燃料电池以其高效率、高能量密度、零排放、快速启动等优点，被誉为21世纪最具有发展前景的高效清洁发电技术。由于目前研究的直接甲醇燃料电池存在阳极催化剂性能低、易中毒、甲醇易渗透Nafion膜、甲醇有毒等问题，直接甲酸燃料电池作为直接甲醇燃料电池替代物得到了广泛关注。其中以Pt及Pt基金属为主的阳极催化剂是直接甲酸燃料电池最重要的关键材料之一。但基于铂的贵金属催化剂存在成本高昂以及铂资源的有限性等限制问题，其已成为制约直接甲酸燃料电池技术发展和商业化进程的重要因素。因此，减少贵金属的使用量，提高催化剂的催化活性和稳定性，有效降低电池的制造成本成为非常有意义的工作。本文围绕这一研究主题，开展了以下几个方面的工作。 1.普通还原法制备Pt纳米催化剂及其对甲酸的电催化氧化性能的研究 在水相中，以八氨基倍半硅氧烷(POSS)为稳定剂，以NaBH4为还原剂，制备了不同Pt/POSS摩尔比的Pt纳米催化剂。TEM照片显示，在POSS的保护下，Pt纳米粒子具有良好分散性，并且粒径分布范围较小。因此，使用POSS为稳定剂来制备Pt纳米催化剂是一种可行的办法。电化学测试结果显示，当Pt/POSS的摩尔比为2时， Pt纳米催化剂具有最好的电催化性能。所以，我们选择金属/POSS摩尔比为2作为后续Pt合金研究的实验条件。 2.花状PtBi复合纳米催化剂的制备及其对甲酸的电催化氧化性能的研究 在水相中，以POSS为稳定剂，以NaBH4为还原剂，合成了不同Bi含量的花状PtBi复合纳米催化剂。TEM观察结果表明，PtBi复合纳米催化剂的花状形貌主要由若干粒径为3～5nm的小颗粒聚集，并且小颗粒的粒径随Bi含量的增加而逐渐增大。利用电化学测试方法对制备的催化剂的活性表面积、抗CO中毒能力、催化甲酸氧化性能、稳定性等方面进行研究，并对不同Bi含量的PtBi复合纳米催化剂的上述性能进行比较。对于甲酸氧化来讲，当Bi含量为66.7％时，PtBi复合纳米催化剂在抗CO中毒能力及稳定性等方面表现良好。 3.八面体PtPd纳米催化剂的制备及其对甲酸的电催化氧化性能的研究 以POSS为稳定剂、甲醇为还原剂，制备了一种以(111)为主的八面体PtPd纳米晶体。TEM观察结果表明，合成的纳米粒子具有良好的八面体形貌，并且分散性良好。XRD和EDS结果也证明了八面体Pt-Pd纳米催化剂中Pt-Pd合金结构的存在。电化学方法测试结果表明，对比纯Pt催化剂，该催化剂具有较高的活性表面积，良好的催化甲酸氧化性能以及较高的抗CO中毒的能力。该方法反应不需要苛刻的条件，并且操作简便易行，其在直接甲酸燃料电池阳极催化剂中有巨大的应用前景。