Pt系催化劑的制備及其電催化性能的研究.pdf

1、低溫燃料電池是一種小型的電源技術(shù),由于其具有操作簡單、燃料儲存運(yùn)輸方便、適合作為便攜設(shè)備電源等特點,吸引了越來越多研究者的關(guān)注。然而,低溫燃料電池中陰極和陽極催化劑低的催化效率及其高昂價格是抑制低溫燃料電池商業(yè)化的瓶頸之一。因此,如何提高催化劑的活性和穩(wěn)定性,減少貴金屬的載量,有效降低電池的制造成本成為非常有意義的工作。本文圍繞這一研究主題,開展了以下幾個方面的工作。
　　 1.絡(luò)合-自還原法制備碳載Pt納米粒子催化劑及其對乙醇

2、的電催化氧化
　　 使用乙二胺四甲叉膦酸為絡(luò)合劑制備PtⅣ絡(luò)合物,利用PtⅣ絡(luò)合物自還原法制備Vulcan XC-72碳載Pt納米粒子(Pt/C)催化劑的方法。在制備Pt/C催化劑的過程中,Pt納米粒子的大小可以通過控制反應(yīng)溶液的pH有效控制。TEM照片顯示,Pt納米粒子在Vulcan XC-72碳載體上分散性良好,并且具有較小的粒徑分布范圍。因此,利用這種方法制備的系列Pt/C催化劑非常適合用來研究Pt納米粒子電催化乙醇氧化的

3、粒徑效應(yīng)。Pt/C催化劑中Pt納米粒子粒徑大小與其催化乙醇電氧化的活性關(guān)系研究表明:平均粒徑在2.5nm左右的碳載Pt納米粒子對乙醇的氧化具有最佳的電催化性能。
　　 2.碳載Pt-Sn催化劑的制備及其對乙醇氧化的電催化性能
　　 以Pt(NO3)2和SnO作前驅(qū)體,使用熱分解法制備了碳載Pt-Sn納米粒子(Pt—Sn/C)催化劑。X射線衍射(XRD)、透射電鏡(TEM)、X射線光電子能譜(XPS)等表征技術(shù)顯示該法制備

4、的Pt-Sn/C催化劑中的Pt-Sn納米粒子具有Pt-Sn合金粒子外殼和SnOx粒子為核的核殼結(jié)構(gòu)。循環(huán)伏安法、CO溶出等電化學(xué)方法顯示催化劑對乙醇氧化的電催化性能要好于商業(yè)化的碳載Pt(Pt/C)催化劑。特別是乙醇在Pt-Sn/C催化劑電極上的循環(huán)伏安曲線中,出現(xiàn)了一個少有報道的0.32 V左右的乙醇氧化肩峰。此外,該制備方法沒有引入Cl-,制得的催化劑不需要洗滌,不易引起環(huán)境污染。因此,這是一種具有潛在實現(xiàn)的、可規(guī)模化工業(yè)生產(chǎn)的制備

5、方法。
　　 3.碳載Pt-P催化劑的制備及其氧還原電催化性能
　　 利用硝酸亞鉑(Pt(NO3)2)和白磷(P4)制備出了碳載Pt-P納米粒子(Pt-P/C)催化劑。該方法制備的Pt-P/C催化劑中磷含量較高,Pt-P粒子的粒徑隨著P4投料量的增加而減小。該方法制備的Pt-P/C催化劑的氧還原催化(ORR)性能優(yōu)于商業(yè)化的Pt/C催化劑。實驗結(jié)果顯示白磷直接還原摻雜法制備Pt-P/C催化劑的方法是一種實踐可行的制備方法

6、。磷摻雜后,Pt/C催化劑對氧還原(ORR)電催化性能提高的主要因為是Pt、P之間形成合金,降低了Pt的電子密度。
　　 4.均相沉淀-原位還原法制備高分散的Pd/C催化劑
　　 利用簡單的均相沉淀-原位還原法制備了一種超細(xì)、高分散的碳載Pd納米粒子(Pd/C)催化劑。在特定的pH條件下,由于自身緩慢的水解作用,PdCl2溶液中可溶性的[PdCl4]2-物種會緩慢轉(zhuǎn)化為不可溶的氧化鈀水合物(PdO-H2O),這導(dǎo)致高分散