直接甲酸燃料電池炭載Au基陰極復(fù)合催化劑的研究.pdf

1、十多年來的研究逐步發(fā)現(xiàn)，直接甲醇燃料電池(DMFC)存在陽極催化劑性能低、易中毒、甲醇易透過Nafion膜、甲醇有毒等問題，在近期內(nèi)很難實現(xiàn)商業(yè)化。近年來發(fā)現(xiàn)，如用甲酸作燃料得到的直接甲酸燃料電池(DFAFC)比DMFC有很多優(yōu)點。例如，甲酸對Nafion膜的滲透率要比甲醇低2個數(shù)量級。雖然甲酸對Nafion膜的滲透率很低，但總會有一小部分的甲酸滲透到陰極，并在陰極上氧化，使陰極的性能下降。因此，研究對氧還原有高的電催化活性和高的抗甲酸

2、能力的陰極催化劑也是DFAFC研究中的一個重要方向。但是，除了我們研究組發(fā)表的文章外，目前還沒有研究DFAFC陰極催化劑的報道。在DMFC中，陰極催化劑一般為Pt、Pd或Pt基、Pd基復(fù)合催化劑，但n和Pd對甲酸氧化都有很好的電催化活性，所以，它們不適宜用作DFAFC的陰極催化劑。因此，必須研究新的DFAFC的陰極催化劑。 本論文主要研究DFAFC中炭載Au和Au基陰極復(fù)合催化劑的制備方法，考察了Au和Au基陰極復(fù)合催化劑組分和

3、結(jié)構(gòu)因素對氧還原和甲酸氧化的電催化性能的影響及機理。主要結(jié)果如下： 1.用聚乙烯醇(PVA)保護(hù)法制備的Au/C催化劑的Au粒子的平均粒徑和相對結(jié)晶度要比用預(yù)沉淀法制備的Au/C催化劑的小得多，因此，PVA保護(hù)法制備的Au/C催化劑有更高的對氧氣還原電化學(xué)活性。同時發(fā)現(xiàn)Au/C催化劑對甲酸氧化沒有電催化活性，因此，Au/C催化劑具有高的抗甲酸能力。 2.碳載四苯基鈷卟啉(CoTPP/C)催化劑經(jīng)600℃熱處理后，其對氧還

4、原的電催化活性要好于未熱處理的CoTPP/C催化劑。同時，還首次發(fā)現(xiàn)CoTPP/C催化劑不但對甲酸氧化沒有電催化活性，而且甲酸還會輕微提高熱處理CoTPP/C催化劑對氧還原的電催化活性。 3.由PVA保護(hù)法制備的CoTPP-Au/C催化劑中Au粒子的平均粒徑小、相對結(jié)晶度低，粒徑分布均勻，加上CoTPP熱處理時形成的N4-Co鍵合物相互之間的協(xié)同催化作用，導(dǎo)致CoTPP-Au/C催化劑對氧還原電催化活性比CoTPP/C和Au/C

5、催化劑要高很多。同時，發(fā)現(xiàn)CoTPP-Au/C催化劑對甲酸氧化也沒有電催化活性，因此，CoTPP-Au/C催化劑是一種對氧還原有較高電催化活性和有高的抗甲酸能力的催化劑。 4.用四氫呋喃(THF)絡(luò)合還原法制得的Au-Ir/C催化劑中的Au和Ir不能形成合金，Au以面心立方晶體的結(jié)構(gòu)存在，而Ir以無定形存在。Au/C、Ir/C和Au-Ir/C催化劑對甲酸氧化基本上沒有電催化活性。因為Au和Ir對氧還原的相互協(xié)同催化作用，所以Au