鉑基復合催化劑的制備及電催化性能研究.pdf

1、能源短缺是關乎人類社會可持續發展的重大問題之一,燃料電池的出現為解決該問題帶來了新的希望。燃料電池是一種綠色、高效、環境友好的能源,它不經過燃燒直接將化學能轉化為電能,被稱為21世紀最為重要的能源動力之一。大多數的低溫燃料電池是一種以有機小分子(如甲醇和甲酸)為動力燃料的發電裝置。在燃料電池中,貴金屬Pt是電極催化劑的首選材料,但Pt儲量有限,價格昂貴,如何提高Pt的利用率、降低Pt的使用量成為當前最為關注的焦點問題之一。到目前為止,研

2、究者主要集中在以下兩個方面:一是合成 Pt基雙金屬、多金屬或非Pt基催化劑,通過引入第二種或者第三種金屬降低Pt用量;還有一種是提高負載 Pt基催化劑的載體材料性能,以有效的降低催化劑的使用成本,提高貴金屬分散性能增加其性能及效率。
　　本論文采用簡單的化學和電化學方法制備電催化劑,如化學還原和恒電位沉積等方法制備電催化劑。采用掃描電子顯微鏡(SEM),X射線多晶衍射(XRD),透射電子顯微鏡(TEM)和 X射線能量色散(EDX)

3、等研究手段對催化劑的結構形貌和組成進行表征。采用一系列的電化學分析方法如循環伏安法,恒電流法,和電化學交流阻抗等考察了催化劑對甲醇和甲酸的電催化性能,本論文的主要研究內容和創新點有如下三方面:
　　1.采用化學-電化學方法制備了Ag/Au/Pt復合金屬催化劑。該催化劑以Ag顆粒為基底,以置換反應Au取代部分Ag,再電沉積Pt,這一方法有效地降低了Pt、Au的含量和制備成本。研究表明,Ag/Au/Pt復合催化劑對甲酸的電催化氧化性能

4、明顯高于純Pt,且反應以直接氧化甲酸途徑為主。同時研究了復合催化劑中Pt的含量對甲酸電氧化的影響,結果表明,當Pt載量為0.05 mg時催化劑具有最佳的甲酸電催化氧化活性和穩定性。CO氧化剝離實驗表明,當 Pt:Au=1:6時, Ag/Au/Pt復合催化劑對CO氧化峰電勢最負,相對于純 Pt催化劑負移了大約0.13 V,表明該復合催化劑具有更好的抗CO毒化能力.
　　2.通過電化學沉積的方法制備得到Pt修飾Au和PtAu合金兩種不

5、同鉑金雙金屬催化劑,分析并比較了在這兩種鉑金催化劑中,不同鉑金比例的催化劑分別對甲酸和CO催化氧化的影響。循環伏安結果表明Au的存在促進了催化劑對甲酸的電催化氧化,且在兩種不同鉑金催化劑中,當鉑金比例分別為1:10.22(M-1:10.22)和1:2.04(A-1:2.04)時展示了最好的電催化氧化性能;CO溶出伏安曲線表明,在兩種不同鉑金催化劑中,CO峰電位發生了正移;電化學交流阻抗表明,相比于A-1:2.04,甲酸在M-1:10.2

6、2催化劑上氧化的電荷傳遞阻力更小。
　　3.采用電化學方法制備了比表面積較大的3D多孔結構花狀石墨烯(f-RGO)。SEM結果顯示,f-RGO展現出典型的多孔結構且Pt納米粒子能均勻的分散在花狀石墨烯的表面;循環伏安曲線和計時電流曲線表明,相對于Pt/RGO/GCE和Pt/GCE電極,Pt/f-RGO/GCE催化劑對甲醇的氧化具有較高的電催化活性和穩定性;CO剝離曲線表明,Pt/f-RGO/GCE具有較高的抗CO毒化能力。這可能與