碱性介质小分子醇氧化与氧还原非铂催化剂的研究

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直接醇燃料电池(DAFC)的原料醇不需重整就可直接作为燃料,并且具有高效和洁净等突出优点,是最有发展前途的一种电池,可广泛用于移动电源和便携式电源。但其常用的酸性介质使得只有耐腐蚀的贵金属可供选用,极大的限制了催化剂的使用。采用碱性电解质可使催化剂的活性大幅提升,催化剂的选择可不受贵金属的限制。本文分别对碱性介质小分子醇阳极氧化催化剂Ni-P和氧气阴极还原催化剂WxC-MnO2/C进行了研究。  本工作使用直流电沉积法制备了纳米级别的Ni-P电催化剂,并将该催化剂首次应用于碱性介质小分子醇氧化反应;将碳化钨与MnO2的前驱体Mn(NO3)2混合,并在340℃下焙烧,得到WxC-MnO2/C混合催化剂应用于碱性介质中的氧气还原反应。  用扫描电子显微镜(SEM)对催化剂表面形貌做了表征,用X射线能量色散谱仪(EDS)进行了元素含量分析,用方波电位法测量了电极的真实表面积,循环伏安法(CV)、线性扫描法(LSV)、计时电流法(SPS)、交流阻抗法(EIS)等电化学方法对碱性介质中,小分子醇在Ni-P催化剂阳极氧化和氧气在WxC-MnO2/C催化剂阴极还原进行了研究。  实验结果表明:(1)P的加入可以明显提高Ni催化小分子醇氧化活性,并且Ni-P电极的催化活性非常稳定,而Ni电极的催化活性极易衰减。文章讨论了影响Ni-P电极电催化性能的各种因素,得出P含量,电极的真实表面积,电沉积温度均对电极性能具有一定的影响,其中P含量为6.03%,沉积温度为25℃,沉积电量为18C,沉积电流密度为170 mA.cm-2时,Ni-P电极具有最好的催化性能。(2)碳化钨对氧还原反应有一定的催化增强作用,WxC-MnO2/C催化剂性能优于单纯的MnO2/C催化剂,且WxC与MnO2的配比为1:15时性能最优,其极化过电位比MnO2/C催化剂可降低10~50mV。
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