球形催化劑的構建及其對甲醇的電氧化研究.pdf

1、直接甲醇燃料電池(DMFCs)是一種可以將化學能連續(xù)不斷地轉化為電能的可再生清潔能源,以其具備操作溫度低、無電解質腐蝕、無環(huán)境污染、能量效率高、安全可靠等特點,迅速發(fā)展為國際高新技術競爭中的重要熱點之一。來源廣泛、攜帶和儲存方便的甲醇作為直接甲醇燃料電池的直接能源,其最終產物不會對環(huán)境造成污染,但電催化氧化的中間產物易于造成電極材料上的催化劑中毒,造成電池的性能下降和壽命縮短,以及當前研究甲醇電催化氧化的金屬材料多為資源有限、價格昂貴的

2、貴金屬及其合金,從而嚴重影響了直接甲醇燃料電池的商業(yè)化發(fā)展。為了提高催化劑對有機小分子的催化能力和抗CO中毒能力以及降低電極制作的成本,本文開展了如下的研究工作:
　　 一、球形鉑微粒/聚苯胺修飾電極對甲醇的電催化氧化：
　　 采用鎳鉻合金基體電極,用循環(huán)伏安法依次在苯胺、K2PtCl6的溶液中制備了球形鉑微粒聚苯胺修飾電極,通過掃描電子顯微鏡(SEM)觀測了該電極的形貌特征和結構。同時在H2SO4存在條件下用循環(huán)伏安法

3、、計時電流法和交流阻抗法考察了該修飾電極的電化學特征和對甲醇的電催化氧化能力。結果表明,在聚苯胺修飾電極上的球形Pt微粒,不僅表現(xiàn)出好的穩(wěn)定性,還大大提高了對甲醇的電催化活性和對甲醇中間氧化產物的抗中毒能力,因此用該方法和實驗過程制備的成本低廉的球形鉑微粒修飾聚苯胺電極,大幅度降低了貴金屬的用量,提高了貴金屬Pt的催化活性,有望用于直接甲醇燃料電池的電極材料。
　　 二、球形鎳微粒/聚苯胺修飾電極在堿性溶液中對甲醇的電催化氧化：

4、
　　 通過電化學方法在鎳鉻合金基體電極上,先后于含有苯胺單體的溶液中進行循環(huán)伏安掃描和含有鎳離子的溶液中進行恒電位電解,制備了球形鎳微粒聚苯胺修飾電極。通過掃描電子顯微鏡觀測了鎳微粒/聚苯胺修飾電極呈球形的形態(tài)結構,用循環(huán)伏安法、計時電流法和交流阻抗法考察了該修飾電極在堿性介質中的電化學行為和對甲醇的電催化氧化。實驗表明該修飾電極徹底改變了聚苯胺薄膜修飾電極和只直接沉積鎳微粒于基體電極上制得的鎳微粒修飾電極的表面形貌特征和結構

5、;與球形鉑微粒/聚苯胺修飾電極相比,該電極使用了過渡金屬Ni,避免了消耗貴金屬,對甲醇在同樣具有高的電催化活性和好的穩(wěn)定性的條件下,電極制備的成本進一步降低,且將過渡金屬Ni嵌入聚合物薄膜中提高了過渡金屬對甲醇的催化活性。
　　 三、表面活性劑對球形鎳修飾聚苯胺電極電化學行為的影響：
　　 由于在利用電化學方法制備球形鎳微粒/聚苯胺修飾電極的過程中使用了陰離子表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉,所以用循環(huán)伏安法、計時電流法分別考

6、察了在甲醇氧化過程中因使用不同的表面活性劑制備的修飾電極,如陽離子表面活性劑十二烷基三甲基溴化銨DTAB、陰離子表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉SDBS及非離子表面活性劑乳化劑OP,對電流、電位的影響及各不同電極上催化劑的抗CO中毒能力。實驗結果表明,表面活性劑的用量對甲醇的氧化電流、電位有一定的影響,陰離子表面活性劑SDBS和乳化劑OP能夠提高氧化峰電流、降低峰電位和提高電極的抗中毒能力,而陽離子表面活性劑DTAB的存在對甲醇的電催化氧化過

7、程有阻礙作用。
　　 四、聚苯二胺載微粒鎳修飾電極及對甲醇的電催化氧化：
　　 在鎳鎘合金基體上,以鄰苯二胺為單體進行循環(huán)伏安聚合和利用恒電位電沉積鎳的方法制備了聚鄰苯二胺載微粒鎳復合修飾電極,考察了該電極對甲醇的電催化氧化。用掃描電子顯微鏡觀察了該修飾電極表面的形貌和結構特征,用循環(huán)伏安、計時電流、交流阻抗法等研究了該電極的電化學性能。該修飾電極表面上由于聚鄰苯二胺的存在下大大提高了鎳微粒的分散度和對甲醇的氧化峰電流,