论文部分内容阅读
提高催化剂的活性和贵金属的利用率是直接醇类燃料电池研究中的核心技术，催化剂制备的材料体系、工艺方法等是影响催化剂性能的关键。本论文首先利用优化的化学还原法制备了直接醇类燃料电池用阳极碳载铂催化剂，进而利用过渡金属氧化物、稀土氧化物为促进剂，采用不同方法制备了系列碳载铂基氧化物复合催化剂。考察了制备过程中分散剂，还原剂，溶液酸度及温度等不同条件及不同载体对催化剂催化性能的影响。主要通过循环伏安法(CV)、线性扫描法(LSV)和计时电流法(CA)等测试手段，较系统地研究了制备的催化剂对甲醇、乙醇及导致阳极催化剂中毒的吸附态一氧化碳(COads)的电化学氧化行为，探讨了乙醇在碳载铂催化剂上氧化的反应机理。并用X-射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和比表面积(ESA、BET)等测试方法对制备的各种催化剂进行了表征。 采用改进工艺条件下的化学还原法制备了高分散的Pt/C催化剂，Pt的平均粒径达到2.6nm，电化学比表面积达到44.90m2Lg-1。无论是在酸性还是中性溶液中，该催化剂对甲醇和乙醇及COads的电催化活性和稳定性都高于相同Pt载量的商品Pt/C催化剂；用高表面积的活性碳和导电性好的石墨作为混合载体(CG)替代活性碳，制得的Pt/CG催化剂对甲醇、乙醇及COads氧化的电催化性能要优于Pt/C催化剂，当活性碳与石墨的质量比为10:1时，Pt/CG催化剂的电催化活性最高。 通过掺杂改性制备了TiO2和不同稀土氧化物(CeO2,Pr6O11，Ho2O3，Sm2O3，Gd2O3)碳载铂基复合催化剂，碳载铂基复合催化剂对甲醇、乙醇和吸附态COads的电催化氧化活性均在不同程度上高于Pt/C催化剂。其中当Pt与Ti原子比为2:1时，能使Pt-TiO2/C复合催化剂的电催化活性大幅度地提高；CeO2对Pt/C催化剂的促进作用最好，当Pt与Ce原子比为3:1时，Pt-CeO2/C催化剂对甲醇、乙醇及COads的氧化的电催化活性最佳。因此，Pt-CeO2/C可被认为是最有希望应用于DAFC的催化剂。 研究了乙醇在Pt/C催化剂电极上氧化的动力学过程，确定了乙醇氧化的总反应级数、传递系数、扩散系数和表观反应活化能等动力学参数，为进一步深入研究乙醇在碳载铂催化剂上的反应机理和催化剂的应用研究奠定理论基础。 实验中还发现用一定体积比的丙酮和四氢呋喃有机混合液对电极表面进行活化预处理，可有效提高催化剂对甲醇和乙二醇及COads氧化的电催化活性。