直接甲醇燃料电池阳极催化剂的制备及性能研究

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直接甲醇燃料电池是一种新型能源系统,与传统电池系统相比具有能量损失少、燃料源头广、燃料运输安全,产物绿色环保等优势。但是催化剂的成本、催化活性和催化稳定性等问题,限制了直接甲醇燃料电池的商业化发展。目前制备新型高催化活性和高稳定性的阳极催化剂是燃料电池的研究热点。本研究采用循环伏安法将活性金属沉积到碳纳米管和复合载体上,制备了高效低铂载量的甲醇燃料电池催化剂,并对其性能进行研究。研究内容如下:1、在载体的制备过程中,对碳纳米管和二氧化钛的配比(1%,3%,5%,7%,9%,11%)、制备的pH(1-7)以及陈化温度(25℃-65℃)等条件进行了研究,通过TEM、热重、红外、BET等表征手段,确定了载体制备的最佳条件。在碳纳米管和二氧化钛为5%时,通过调节pH=3,并经过25℃的陈化,以及450℃的煅烧,得到了比表面积高达3136.582 m2/g的催化剂载体。2、采用循环伏安法考察了单一载体CNT负载单金属和双金属的催化效果,第二种金属的加入,使得催化剂的催化活性与稳定性得到了提高。同时,复合载体CNT@TiO2对单一金属和双金属条件下所制备的催化剂的催化性能的影响也进行了探索,研究表明,金属Co的加入能有效的提高催化剂稳定性与催化活性。3、考察了主盐金属配比对PtTi-CNT、PtCo-CNT@TiO2电沉积的影响;当金属比例Pt:Ti=1:2时,催化剂显示出了优异的催化效果,电化学催化电流达到25.08 mA/cm2。同时,在复合载体中,随着金属配比的升高,催化剂的催化性能呈先增大后减小的趋势,当金属比例Pt:Co=1:3时,催化剂电化学催化电流可达到21.42 mA/cm2。4、采用TEM、XRD、热重分析等方法对所制备的催化剂进行了表征,得到了催化剂的粒径与耐热性的相关数据。研究表明,复合载体较单一载体催化剂更耐高温,耐酸碱性。5、采用电化学工作站,研究了PtTi-CNT的电化学行为,考察了在不同催化条件下,催化剂对碱性甲醇溶液的催化能力,同时利用计时电流方法测定了催化剂的电化学稳定性。研究表明,双金属的催化活性较单金属高16.76mA/cm2,双金属催化剂较单金属催化剂,显示出了更高的电流值,表明其具有更高的稳定性。6、通过在不同条件下制备的PtCo-CNT@TiO2催化剂的催化性能、电化学活性与稳定性进行电化学分析,表明加入氧化物的复合载体,能够有效的提高催化剂的稳定性,且随着扫描速率的增大,复合载体相较于单一载体,其催化电流的峰值与扫描电压的二分之一次方呈现出了更低的相关性。
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