论文部分内容阅读
作为一种优良的新型电源,以有机小分子作为燃料的燃料电池因其能量转换效率高、燃料便宜、启动速度快等特点被广泛应用于许多领域。在燃料电池研究工作中,催化剂的开发与设计是核心研究内容之一。目前,Pt和Pt基贵金属催化剂是有机小分子燃料电池中最常使用的电催化剂,通常将它们负载到合适的载体上。然而贵金属电催化剂的制备成本较高、催化活性较低以及长期稳定性较差成为阻碍有机小分子燃料电池商业化的重要壁垒。因此,如何制备小粒径、高分散的贵金属纳米颗粒,如何进一步降低成本、提高Pt的利用率成为当今有机小分子燃料电池研究中的一个重要课题。本文从合金组成以及载体的角度考虑,分别采用电化学沉积法、液相浸渍还原法及微波辅助乙二醇还原法制备出具有小尺寸和高分散的Pt-M (Ir, Ru)和Pt催化剂,并系统地研究了它们对葡萄糖或者甲醇的电催化氧化性能。所开展的研究工作如下：1、通过调节电沉积溶液中Pt和Ir前驱物的摩尔比,采用电化学沉积法将Pt、Ir纳米粒子负载在碳纳米管(CNTs)上,制备出PtxIry/CNTs (Pt3Ir,/CNTs、Pt1Ir1/CNTs和Pt1Ir3/CNTs)以及Pt/CNTs纳米复合物。催化剂的形貌采用透射电子显微镜(TEM)进行考察,结果表明：贵金属纳米粒子的平均粒径为4.0±0.5nm。PtxIry/CNTs和Pt/CNTs催化剂对葡萄糖氧化的电催化性能采用循环伏安法(CV)和计时电流法(CA)进行考察,结果表明：与Pt/CNTs纳米复合物相比,所制备的一系列PtxIry/CNTs纳米复合物电催化氧化葡萄糖的性能更好,其中性能最优的为Pt1Ir1/CNT内米复合物。2、采用羧甲基纤维素纳(CMC)对CNTs进行表面修饰,制备出羧甲基纤维素功能化碳纳米管(CNTs-CMC)载体,通过液相浸渍还原法成功地合成出PtRu/CNTs-CMC纳米复合物。采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)和拉曼(Raman)光谱对CNTs-CMC进行了表征,并通过TEM和CV对PtRu/CNTs-CMC的形貌和对甲醇电催化氧化性能进行了研究。结果表明：CMC功能化CNTs的过程不会对CNTs的结构造成破坏,PtRu纳米粒子的平均粒径为3.5±0.5nm并且分散性好。和基于以未经处理的CNTs为载体制备的PtRu/CNTs相比,PtRu/CNTs-CMC对甲醇的电氧化显示出更高的催化活性和更好的长期稳定性。3、采用溶胶凝胶法制备氮掺杂的纳米二氧化钛(TiO2-xNx),并以其为载体,运用微波辅助乙二醇还原法制备Pt/TiO2-xNx纳米复合物。对Pt/TiO2-xNx进行形貌和晶型结构的表征。结果表明：TiO2-xNx为典型的锐钛矿晶型,负载在其表面的Pt纳米粒子的尺寸小、分散性高。Pt/TiO2-xNx催化剂催化甲醇电氧化的性能也依次用CV和CA进行了考察。结果表明：和基于以未掺杂的纳米Ti02为载体制备的Pt/TiO2纳米复合物相比,Pt/TiO2-xNx电催化甲醇氧化的活性和长期稳定性都更高。