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直接甲醇燃料电池(DMFC)由于其燃料甲醇来源丰富、价格便宜、存储携带安全方便、电池比能量密度高等优点而受到广泛重视,是现今国内外研究的热点课题。然而,阳极催化剂成本高、催化活性低制约了DMFC的商品化应用。因此,研究和制备高催化活性、成本低廉的催化剂已成为DMFC发展的关键技术。本论文研究了电沉积方法制备直接甲醇燃料电池阳极催化剂,采用恒电位法和脉冲电沉积法在玻碳电极上制备铂基催化剂,利用SEM和EDS技术表征催化剂的表面形貌和颗粒大小,通过电化学方法评价催化剂对甲醇催化氧化的活性和稳定性。
分别考察了Pt、Ru和Pt-Ru催化剂在甲醇中的催化氧化行为发现:Ru对甲醇没有催化活性,Pt-Ru合金的催化活性比纯Pt要高,其中甲醇氧化起始电位前者较后者负移160mV,峰电流密度增加了79.5%。通过正交试验法确立最佳沉积条件:Pt-Ru浓度2.5mM,H<,2>SO<,4>浓度0.1 M,沉积电位-0.2V,沉积时间10min。
在总沉积电量相同情况下,恒电位沉积制备PtRu/GC、PtRuNi/GC、PtRuMo/GC催化剂,对甲醇氧化的活性大小顺序:PtRuMo/GC>>PtRuNi/GC>PtRu/GC,PtRuMo催化剂氧化甲醇的起始电位比另外两种催化剂负移近30mV,表明MO的加入降低了甲醇催化氧化反应的过电位和活化能,有利于甲醇的催化氧化。电沉积制备的PtRu/GC、PtRuMo/GC比Pt载量相同的商品PtRu/C催化剂对甲醇氧化的活性要高,但稳定性有待提高。
研究结果脉冲电流沉积法制备PtRu/GC催化剂中脉冲参数对催化剂性能的影响,确定最佳脉冲参数为:脉冲电流ip=2 mA·cm<-2>,导通时间t<,on>=100ms,关断时间t<,off>=300ms。在相同沉积电量下,比较了脉冲电流(PC)和恒电流(DC)法沉积制备的PtRu/GC催化剂对甲醇的催化氧化性能,与DC法相比,采用PC法制备的PtRu/GC催化剂对甲醇氧化的起始电位负移60mV,峰电流增加127.2%。PC法比DC法制备的PtRu/GC催化剂平均粒径减小约300nm,晶核数目增加了一倍。