基于磷化铁促进剂的高效直接液体燃料电池催化剂

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目前纳米结构的Pd(Pt)催化剂是直接液体燃料电池中最有效的阳极催化剂。然而这些催化剂存在成本高、抗CO中毒能力弱和纳米粒子易团聚等问题,严重阻碍其商业化进程。因此开发具有良好催化活性和稳定性、纳米粒子分散性良好的低成本阳极催化剂,对直接液体燃料电池实际应用具有重要意义。本论文旨在构筑新型高效、稳定的直接液体燃料电池阳极催化剂,通过乙二醇还原法制备纳米级过渡金属磷化铁负载Pt(Pd)的复合催化剂。利用粉末X-射线衍射仪、透射电子显微镜和X射线光电子能谱等技术对催化剂的结构和组成进行表征;采用循环伏安法、计时电流法和电化学阻抗谱等电化学技术对复合催化剂的电催化特性进行系统的研究。具体研究内容如下:(1)利用固相反应方法制备了表面缺陷丰富、比表面积大的花瓣状Fe2P,通过金属-载体间耦合作用固定Pt纳米晶,提高了催化剂对醇类电氧化的性能。金属-载体间的耦合作用,也增强Pt-Fe2P之间的电子作用;根据d-带理论,Pt表面的电子富集有效降低对CO等毒性中间体的吸附能力。利用Fe2P花瓣状结构和表面缺陷,增加Pt锚定点和提高Pt纳米粒子分散性,增大催化剂和反应物的有效接触,提高催化剂在电化学反应过程中电荷转移速率,进而改善醇类电氧化的催化性能。(2)采用简单的乙二醇还原法制备了以FeP载体为核,PtRu纳米粒子为壳的复合催化剂。PtRu/FeP(l:l)催化剂在醇类氧化反应显示出较好的催化稳定性、动力学速度快和电荷转移电阻小等特点,归因于催化剂的核壳结构、PtRu纳米粒子高分散度、较强的电子效应(d-带理论)和双功能机理。与PtRu/C-H和PtRu/C-JM催化剂相比,PtRu/FeP(l:l)催化剂对甲醇和乙醇电氧化的质量活性和比活性得到显著提高。(3)我们以Pd-FeP为前驱体,采用简单的退火处理合成PdO-Pd/FeP复合催化剂,考察了 Pd-FeP体系在不同退火温度处理时生成的PdO对甲酸电氧化的影响。结果表明当退火温度为250℃时,PdO-Pd/FeP-250催化剂对甲酸电氧化的催化活性和稳定性最好。由于PdO-Pd/FeP-250催化剂具有新的活性表面、FeP与Pd间的电子作用以及FeP对活性氧的吸附可以有效地促进毒性中间体的氧化。
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