異金屬修飾的金屬電極上醇氧化反應(yīng)特征研究.pdf

1、直接醇類燃料電池有環(huán)境友好和效率高的優(yōu)點(diǎn)，受到人們?cè)絹?lái)越多的重視。直接醇類燃料電池研究以酸性介質(zhì)為主，其優(yōu)點(diǎn)是生成的二氧化碳容易逸出體系，但也有酸性介質(zhì)下催化劑活性低，受反應(yīng)動(dòng)力學(xué)限制，電池性能不高等不足。隨著堿性離子交換膜的快速進(jìn)步，近年來(lái)堿性介質(zhì)直接醇類燃料電池研究正在積極展開(kāi)。堿性條件可顯著加快醇氧化反應(yīng)的速度，而且可采用的催化材料范圍也比較廣。本課題圍繞炭黑或石墨烯和金屬納米粒子的復(fù)合、金屬納米粒子電極表面修飾和堿性介質(zhì)條件下對(duì)

2、醇氧化反應(yīng)電催化活性等開(kāi)展研究，得到以下結(jié)果：
　?。?）以炭黑為載體，H2PtCl6為Pt的前驅(qū)體，通過(guò)化學(xué)還原法制備炭載的Pt納米復(fù)合材料（Pt/C），然后以Ag2SO4作為Ag前驅(qū)體，在Pt納米粒子的表面恒電位沉積Ag，制備不同Ag負(fù)載量的Pt/C電極。利用場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡（FE-SEM）、透射電鏡（TEM）和 X射線能譜儀（EDX）對(duì)材料的微觀結(jié)構(gòu)和元素組成進(jìn)行了表征和分析，結(jié)果顯示催化劑中的金屬粒子均勻分散在炭黑上，粒徑較

3、均勻。電化學(xué)測(cè)試結(jié)果顯示Ag-Pt/C電極對(duì)乙醇的氧化反應(yīng)有很好的催化活性。當(dāng)催化劑中納米粒子的Ag∶Pt原子百分比為1∶50時(shí)，其反應(yīng)峰電流密度為Pt/C電極的3.4倍。
　　（2）以氧化石墨和Pd(NO3)2為原料，首先由化學(xué)還原法制備得到Pd納米粒子-石墨烯復(fù)合材料（Pd/G），然后以H2PtCl6作為Pt前驅(qū)體，用電化學(xué)方法在Pd納米粒子的表面沉積Pt，通過(guò)控制修飾時(shí)間，制備不同Pt負(fù)載量的Pd/G電極。材料的微觀結(jié)構(gòu)和元

4、素組成分別通過(guò)FE-SEM、TEM和 EDX進(jìn)行表征和分析，結(jié)果顯示金屬粒子在石墨烯上的分散比炭黑上的更均勻，平均粒徑約7.2 nm。循環(huán)伏安法測(cè)試結(jié)果顯示Pt-Pd/G電極對(duì)甲醇和乙二醇的氧化反應(yīng)的催化活性很高，特別是催化甲醇的氧化，其峰電流密度是Pd/G的5倍。少量的Pt沉淀可顯著改進(jìn)Pd/G電極的催化活性。
　　（3）以氧化石墨和H2PtCl6為原料，通過(guò)化學(xué)還原法制備Pt納米粒子-石墨烯復(fù)合材料（Pt/G），然后以HAuC

5、l4作為Au前驅(qū)體，用恒電位沉積的方法把Au修飾到Pt納米粒子的表面，制備Au修飾的Pt/G電極。利用FE-SEM和TEM對(duì)材料的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征和分析，結(jié)果顯示金屬粒子在石墨烯上的分散較均勻，平均粒徑約6.8 nm，高分辨率透射電鏡（HRTEM）和EDX結(jié)果表明，Au成功沉淀到Pt表面。電化學(xué)測(cè)試結(jié)果顯示Au-Pt/G電極對(duì)1，2-丙二醇氧化反應(yīng)具有良好的催化性能，是Pt/G電極上峰電流密度的幾倍。
　?。?）以氧化石墨和 Ni

6、Cl2為原料，首先通過(guò)化學(xué)還原法制備 Ni納米粒子-石墨烯復(fù)合材料（Ni/G），然后以HAuCl4作為Au前驅(qū)體，在 Ni納米粒子的表面恒電位沉積 Au，制備不同 Au負(fù)載量的 Ni/G電極。電化學(xué)測(cè)試結(jié)果顯示Au-Ni/G電極對(duì)1，2-丙二醇的氧化反應(yīng)具有良好的催化性能。從1 mM HAuCl4溶液中僅用1 s沉淀時(shí)間沉淀Au到Ni/G上所制備的電極（Au∶Ni原子百分比為1∶63）的催化性能與 Au/G電極相近。這個(gè)結(jié)果表明可大幅減

7、少催化劑制備中 Au的使用量。
　　本研究結(jié)果表明，對(duì)適當(dāng)載體負(fù)載的金屬納米粒子的表面可采用恒電位沉積法等方法進(jìn)行異金屬的微量沉淀修飾，方法比較簡(jiǎn)單，但可準(zhǔn)確地控制沉淀量，所得到的復(fù)合材料作為電極對(duì)有些醇氧化反應(yīng)的電催化活性大幅度地增大。尤其是以低價(jià)和低活性的金屬納米粒子作為基底材料對(duì)其進(jìn)行活性金屬的微量沉淀修飾，所得到復(fù)合材料的催化效果接近、達(dá)到或超過(guò)修飾金屬本身的催化效果，不僅可大幅度降低催化劑制備中貴金屬的使用量，而且在理論