釕鈦復合氧化物及其負載催化劑的制備、表征及電化學性能.pdf

1、電化學技術的關鍵是電極材料,電極材料是實現電催化過程最為重要的支配因素。本文采用TiN浸漬熱分解法,以納米TiN粉體為前驅體反應物,制備了一系列的釕鈦復合氧化物納米粉體催化劑(RuxTi1-xO2,x=0.1、0.15、0.2、0.25、0.3),并用微波還原法在此粉體上擔載了Pt、Pd作為電解水和燃料電池的電催化劑。通過X射線衍射(XRD)、透射電鏡(TEM)、極化曲線、循環伏安曲線等測試手段對其成分、結構、形貌和電催化性能進行了表征

2、,分析了甲酸、甲醇電催化氧化的機理以及電催化劑失活的原因。這對于發展新型的燃料電池和電解水的電催化劑體系具有重要的理論意義和應用價值,希望能為新型電催化劑的制備開辟一條新的發展思路。本文的研究內容及結果如下:
　　 (1)采用TiN浸漬熱分解法制備了RuxTi1-xO2納米粉體,XRD及TEM表征顯示RuxTi1-xO2是以固溶體的形式存在的納米棒狀粉體,粒徑為十幾納米,具有較好的分散性。0.5 mol/L H2SO4溶液中極化

3、曲線測試表明RuxTi1-xO2對電解水析氧具有較好的電催化活性,當x=0.2時,催化劑的穩定性和催化活性較好。
　　 (2)采用微波還原法在Ru0.2Ti0.8O2納米粉體上擔載了質量分數為20％的Pt作為電解水及甲醇燃料電池的陽極催化劑。通過XRD和TEM測試表明,Pt納米顆粒被均勻地擔載于棒狀、具有金紅石結構的Ru0.2Ti0.8O2表面,粒徑大多在3～5nm范圍內。在0.5 mol/L H2SO4溶液中的極化曲線實驗顯示

4、,相同電流下擔載Pt的Ru0.2Ti0.8O2比混合Pt的催化活性要好,擔載Pt與Ru0.2Ti0.8O2具有協同作用,因而對析氫、析氧具有優異的催化性能。在0.5 mol/L,H2SO4+0.5 mol/LCH3OH溶液中的循環伏安曲線、計時電流曲線等測試發現催化劑在對甲醇的電氧化反應中具有較好催化性能及穩定性。擔載型Pt/Ru0.2Ti0.8O2有很好抗CO中毒性,可能是由于Ru0.2Ti0.8O2能夠提供羥基物種促進CO的氧化,而

5、且Pt與Ru0.2Ti0.8O2存在較強的相互作用改變了Pt表面的特性,使Pt不容易產生因CO的強烈吸附而產生的毒化。
　　 (3)采用微波還原法在RuxTi1-xO2(x=0.2,0.25,0.3)納米粉體上擔載了質量分數為20％的Pd作為甲酸燃料電池的陽極電催化劑。通過XRD和TEM分析表明,Pd納米顆粒分散在棒狀、具有金紅石結構的RuxTi1-xO2表面,Pd的擔載狀態與RuxTi1-xO2中Ru的含量無關;但電化學測試表

6、明RuxTi1-xO2中Ru含量會影響催化劑對甲酸氧化的電催化活性和穩定性,Ru的含量增加會提高催化劑的催化性能和穩定性。循環伏安實驗中,當x為0.3時,催化劑直接催化氧化甲酸的峰電流密度可達54 mA/cm2;計時電流實驗中,0.1 V,1000 s時的電流密度為0.9 mA/cm2。通過多次循環伏安曲線測試、計時電流曲線、極化曲線等測試表明:Pd電極在使用的過程中不穩定,除CO吸附造成催化劑中毒外,表面生成的Pd氧化物及Pd自身的溶