直接醇类燃料电池Pt基催化剂的研究

摘要

燃料电池具有比能量高、清洁、使用安全方便、结构简单等优点,在便携式电源和车载电源等领域具有广泛的应用前景。目前燃料电池的性能与商业化的要求仍有较大的差距。主要问题之一是阴阳极催化剂性能仍然有待提高。因此,研究高性能阴阳极催化剂是燃料电池研究中的一个重要课题。本文以Pt系金属催化剂的制备、结构和性能之间的相互关系为研究内容。主要研究内容为碳载Pt金属催化剂制备及其对甲醇氧化、甲酸氧化、氧气还原电催化性能的影响。主要研究结果如下:
　　 1、以前的报道表明,在用络合还原法制备碳载Pt(Pt/C)催化剂时,H2PtCl6作为前驱体,乙二胺四乙酸(EDTA)作络合剂。而本课题组发现,在用Pt(NO3)2作前驱体制备Pt/C催化剂时,EDTA的存在同样能有效地降低Pt粒子粒径并改善其分散度,但加入EDTA不能与Pt2+配位形成络合物,而是通过静电作用将Pt2+和还原后的Pt包裹起来,使生成的Pt粒子不易团聚,得到的Pt/C催化剂中Pt粒子的平均粒径在3nm,而且分布均匀,因此,得到的Pt/C催化剂对甲醇氧化有很好的电催化活性和稳定性。
　　 2、利用甲醇作为溶剂,SnCl2为还原剂,通过有机溶胶方法制备了具有不同粒径的Pt/C催化剂。该方法与Bonnemann方法相比,原料易得,制备过程简单可行。研究表明,通过控制反应温度,能够有效控制Pt/C催化剂中Pt粒子的粒径。电化学研究显示:对于甲酸氧化,其最佳的粒径分别为3.8nm。
　　 3、在乙二醇体系中引入白磷可制备Pt-P/C催化剂。电感耦合等离子体(ICP)研究显示,Pt和P的原子比为3:2。根据X射线光电子能谱(XPS)峰面积分析,Pt0的含量71.1％。与文献相比,Pt4f峰发生明显正移,这说明P的引入能够有效改变Pt的f电子层电子云密度。这种Pt-P/C催化剂对甲醇的氧化以及氧还原都表现出了较好的电催化性能。