生物炭基高分散性WC复合催化剂制备及其电化学性能研究

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直接甲醇燃料电池(Direct Methanol Fuel Cell,简称DMFC)在能源领域具有明显优势,但是甲醇在电化学氧化过程中产生的-CH3O、-CH2O、-CHO、-CO等中间体容易吸附在贵金属铂(Pt)催化剂的表面,降低了铂的反应活性位点。代铂催化剂选择之一的碳化钨(WC)可以有效解决铂基催化剂中毒问题,且具有类Pt性能。另外,金属氧化物与载体之间存在强相互作用。如Ti O2,WO3能够很好的吸附甲醇,促进O-H键的断裂,这样以来增强了甲醇分子在Pt上的彻底分解。本文从催化剂载体与催化剂活性组分调整两个方面进行了研究。首先,以芦竹为生物质资源,完成了生物质碳的制备。芦竹具有资源丰富、生长周期短、可持续发展等优势,这些优势让芦竹碳(BC)成为一种优质吸附型的碳材料。本文以芦竹制备良好的碳载体,并以此为基础设计并研究了Pt-TiO2-WC/BC催化剂,有效利用Pt与WC之间的协同作用以及载体的多孔结构促进了甲醇的电化学氧化,相应的峰电流为658 mA/mg Pt-1比商用Pt/C高448 mA/mg Pt-1;CO溶出伏安曲线表明CO在Pt-TiO2-WC/BC上的氧化峰起峰电位(0.33 V)比在商用Pt/C(0.42 V)上负移90 mv,这表明CO在Pt-TiO2-WC/BC表面上更容易在较低的电位下开始发生电化学氧化;另外,CO在Pt-TiO2-WC/BC上的氧化生成CO2时的峰电位(0.47 V)比在商用Pt/C(0.56 V)上负移将近90 mV,表明CO在Pt-TiO2-WC/BC表面更容易移除。其次,本文以生物质为模板成功的复制了其交联孔道结构合成mc-WO3,并以此作为铂基催化剂的载体,由于这种特殊结构以及Pt与mc-WO3之间的“氢溢流效应”提高了甲醇电氧化活性,并且CO在Pt/mc-WO3表面上发生电化学氧化的峰电位(0.60V)比在商用Pt/C上负移了60 mV。
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