论文部分内容阅读
直接甲醇燃料电池(DMFC)拥有高的能量转换效率,燃料廉价易得,环境污染少,操作简便等优点,使得其在小型的可移动电源和微型电源等方面具备不可想象的应用前景。然而,如何提高阳极催化剂的电催化性能是DMFC发展的一个挑战。当前,铂(Pt)催化剂是研究最多的一种DMFC阳极催化剂。但是,此种Pt催化剂存在一个非常致命的缺陷:在甲醇的电催化氧化过程当中,Pt催化剂的电催化氧化的活性以及稳定性均比较低。选取合适的催化剂载体是制备出高性能Pt催化剂的最重要途径。本论文发明了一种新型的Pt催化剂载体,并考察了其对Pt催化剂性能提高的影响。本文第一次用聚苯胺(PANI)修饰混合催化剂载体二氧化钛-炭黑(Ti O2-C)以进一步提高Pt/二氧化钛-炭黑(Pt/Ti O2-C)对甲醇的电催化氧化的活性以及稳定性。首先,我们采用原位聚合法,用过硫酸铵(APS)作为氧化剂、硫酸(H2SO4)作为掺杂剂使苯胺(An)单体聚合反应合成聚苯胺(PANI);然后通过浸渍-还原法,用甲酸(HCOOH)来还原氯铂酸(H2Pt Cl6·6H2O),使Pt纳米颗粒沉积在混合催化剂载体Ti O2-C上。循环伏安曲线(CV)和计时电流曲线表征了所制备的催化剂对于甲醇的电催化氧化的活性以及稳定性,结果表明,与Pt/Ti O2-C催化剂相比,Pt-PANI/Ti O2-C催化剂对于甲醇具有更高的电催化氧化的活性以及稳定性。红外光谱(FT-IR)、X-射线衍射(XRD)、能谱(EDS)以及透射电子显微镜(TEM)等测试方法对催化剂进行了物理表征,证实了PANI的存在能够显著地提高Pt纳米颗粒的分散性,使其具有更窄的粒径分布。X射线光电子能谱(XPS)表明了Pt纳米颗粒与PANI之间确实有电子效应的存在,此电子效应的存在使得Pt-PANI/Ti O2-C催化剂对于甲醇的电催化氧化具有更高的稳定性。与此同时,本文还优化了Pt-PANI/Ti O2-C催化剂的制备工艺,当Ti O2在混合催化剂载体Ti O2-C中的含量为40%,An的用量为30%,An与APS的摩尔比nAn:nAPS为1:1,H2SO4的浓度为1.0 mol L-1时,Pt-PANI/Ti O2-C催化剂对甲醇具备最好的电催化氧化的活性以及稳定性。此外,本文还对比研究了Pt-PANI/Ti O2催化剂和Pt-PANI/C催化剂对于甲醇的电催化氧化的活性以及稳定性,结果表明,当用Ti O2作为催化剂的载体时所制备的Pt-PANI/Ti O2催化剂,其对甲醇的电催化氧化的活性低于用C作为催化剂的载体时所制备出的Pt-PANI/C催化剂,但其稳定性却高于Pt-PANI/C催化剂。