直接甲醇燃料电池铂基复合催化剂的制备与研究

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近年来燃料电池得到广泛研究。但是由于燃料电池催化剂的材料价格昂贵,催化过程中易被氧化所得中间产物毒化,而且随使用时间的不断延长,催化剂会出现坍塌和团聚现象,影响催化剂的活性和使用寿命。为了提高催化剂的催化活性与长期稳定性,本文通过微波辅助乙二醇还原法,以XC-72为载体,共沉积制备三元催化剂Pt Ni W/C以及复合催化剂Pt/Ni-WC/nD。通过XRD和TEM方法来研究复合催化剂的结构和形貌,并且研究了催化剂对甲醇氧化和氧还原的催化活性以及稳定性。结果表明,Pt NiW/C催化剂较PtNi/C和Pt/C具有更高的催化甲醇氧化与氧还原活性,并且表现出较好的抗中毒能力。ADT前后Pt Ni W/C比PtNi/C和Pt/C具有较多的ECSA剩余量,而且半波电位减小的也最少。说明PtNiW/C催化剂具有更好的长期稳定性。通过微波法将Ni、W负载到XC-72上,在饱和氮气中1300°C热处理,W与载体反应碳化为WC,并且无定型的碳转化为新金刚石结构,再以Ni-WC/nD为载体,借助微波法负载Pt纳米颗粒,制得Pt/Ni-WC/nD催化剂。通过XRD、TEM和XPS来研究复合催化剂的结构和形貌。结果表明,Pt/Ni-WC/nD催化剂中Pt纳米颗粒均匀分散在载体材料上,并且在Pt纳米颗粒载到载体上后,WC的结构变为空壳结构,这有利于提高催化剂的导电性以及Ni-WC/nD载体与Pt颗粒之间的亲和力。通过循环伏安、计时电流和线性伏安扫描法研究了催化剂对甲醇氧化和氧还原的催化活性以及稳定性。结果显示,Pt/Ni-WC/nD催化剂较Pt/C有较高的电化学活性比表面积,对催化甲醇氧化具有比较高的活性与稳定性。氧还原催化反应均为四电子过程,Pt/Ni-WC/nD催化剂较Pt/C对催化氧还原具有较大的起始和半波电位。ADT前后Pt/Ni-WC/nD比Pt/C ECSA剩余量多并且半波电位减小的少,ADT后Pt/Ni-WC/nD催化剂中的Pt纳米颗粒几乎没有发生大量的迁移和团聚现象。说明Pt/Ni-WC/nD催化剂具有更好的氧还原催化活性和长期稳定性。由于Pt纳米颗粒均匀分散以及与Ni-WC/nD载体的共同作用,Pt/Ni-WC/nD复合催化剂表现出比Pt/C较高的催化活性和稳定性,同时提高了贵金属Pt的利用率。
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