直接甲酸和甲醇燃料电池阴极催化剂电化学性能研究

摘要

近年来直接甲醇燃料电池(DMFC)和直接甲酸燃料电池（DFAFC）作为未来清洁移动电源引起了巨大注意。但它们都还存在一个共同的缺点就是总会有一部分液体燃料从阳极透过质子交换膜渗透到阴极，并在阴极上氧化，使阴极的性能下降。因此，研究对氧还原有高的电催化活性和高的抗甲醇或抗甲酸能力的阴极催化剂是一个重要的研究方向。
　　 本论文主要研究了炭载Au和Ir基阴极催化剂的组分对氧还原的电催化活性和抗甲醇或抗甲酸能力的影响及机理。主要结果如下：
　　 （1）发现碳载四苯基铁卟啉(FeTPP)和Au(FeTPP-Au/C)催化剂作为DFAFC中阴极催化剂时，对氧还原的电催化性能远高于碳载Au(Au/C)和碳载FeTPP(FeTPP/C)催化剂，说明FeTPP-Au/C催化剂有很好的对氧还原的电催化性能。而且甲酸的存在没有对FeTPP-Au/C催化剂对氧还原的电催化性能产生影响，说明FeTPP-Au/C催化剂有很好的抗甲酸能力。因此，FeTPP-Au/C催化剂适合作为DFAFC的阴极催化剂。
　　 （2）通过预沉淀法制备了碳载Ir(Ir/C)和纳米碳管(CNTs)载Ir(Ir/CNTs)催化剂，并研究了它们对氧还原的电催化性能和抗甲酸的能力。发现它们对氧气还原的电催化活性是Ir/CNTs大于Ir/C催化剂，而抗甲酸的能力是Ir/C好于Ir/CNTs催化剂。总的说来，Ir/C和Ir/CNTs催化剂都有较好的对氧气还原的电催化活性和较好的抗甲酸能力。
　　 （3）发现Ir-Fe/C催化剂对氧还原的电催化活性比Ir/C催化剂高，并且具有很好的耐甲醇性能。这是由于虽然Ir对甲醇氧化有电催化活性，但与Fe形成合金后，大大降低了Ir对甲醇氧化有电催化活性。所以，Ir-Fe/C催化剂是一种对氧还原有较高电催化活性和有高的抗甲醇能力的催化剂。
　　 （4）研究了具有不同Ir和Ru原子比的Ir-Ru/C催化剂对氧还原的电催化活性和抗甲醇能力。发现Ir和Ru原子比为3:1的Ir-Ru/C催化剂具有好的对氧还原的电催化活性，要好于Ir和Ru原子比为1:1和2:1的Ir-Ru/C催化剂，也要好于Ir/C和Ru/C催化剂。另外，所有的催化剂都具有很好的抗甲醇能力。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1 章 绪论

第2 章 DFAFC 用碳载铁卟啉和Au 复合阴极催化剂的性能

第3 章Ir/C 和Ir/CNTs 作DFAFC 阴极催化剂电化学性能研究

第4 章 直接甲醇燃料电池的Ir-Fe/C 阴极催化剂性能研究

第5 章 直接甲醇燃料电池Ir-Ru/C 阴极催化剂电化学性能研究

主要研究成果

致 谢