论文部分内容阅读
随着能源危机和环境污染问题的日渐加剧,燃料电池作为一种公认的高效、清洁、安全、稳定的能源转换技术,受到人们越来越多的关注。而燃料电池电极催化剂对电极反应的催化活性对燃料电池的输出性能有十分重要的影响。脱合金法是目前一种使用范围比较广泛的纳米结构材料的制备方法,它是根据合金中金属元素不同的活泼程度,利用化学或者电化学腐蚀原理,用腐蚀溶液选择性地将活泼性较强的金属元素腐蚀掉,留下目标金属的一种方法。其操作简便,并且利用此方法可以得到许多功能性的纳米尺寸金属材料,因此受到了研究者们的广泛关注。本文中,我们采用一步脱合金的方法,制备出Cu基合金催化剂,并将它们应用到燃料电池的以下两个研究方面:（1）纳米条带状的Cu氧化物和CuPd合金氧化物作为阳极催化剂材料应用于直接水合肼/过氧化氢燃料电池金属Cu和Pd及其它们的氧化物对水合肼电氧化反应都有非常好的催化活性,可以应用到水合肼燃料电池中。本章中利用脱合金的方法,以CuAl和CuPdAl合金为前驱体,制备出具有纳米带状结构的Cu氧化物和CuPd合金氧化物(CuO、(Cu0.9Pd0.1)O)催化剂,系统地研究了这两种材料对于水合肼的电催化行为,并且将这两种金属氧化物材料做为阳极催化剂用于直接水合肼/过氧化氢燃料电池的性能研究。电化学测试结果表明,同等条件下,加入了Pd元素的(Cu0.9Pd0.1)O材料,其水合肼氧化峰电位较未加入Pd的CuO催化剂来说更负,电流密度是未加入Pd的CuO催化剂的1.5倍,说明其具有更好的对水合肼电氧化反应催化活性,并且稳定性也较未加入Pd元素的CuO而言有明显提高。80℃条件下,(Cu0.9Pd0.1)O作为阳极催化剂的电池功率密度达到330.5 mW cm-2,比同等条件下CuO作为阳极催化剂的电池功率密度(229.3 mW cm-2)高出约100 mW cm-2,根据研究结果以及较以往相关文献中电池性能的数据比较来看,本章工作制备的(Cu0.9Pd0.1)O纳米带是一种对水合肼燃料电池阳极反应有较高催化活性的催化剂。（2）纳米多孔AgCu合金作为催化剂应用于燃料电池阴极氧还原反应Ag是一种非常好的碱性体系中的氧还原催化剂,Ag元素和Cu元素的结合可以调整它们的氧结合能（△Eo）至最佳值,从而提升其氧还原催化活性。本章工作中,我们利用一步脱合金的方法,以不同比例的AgCuAl三元合金为前驱体,制备出三种不同比例的纳米多孔AgCu合金,并且用相同方法制备了纳米多孔Ag作为对照材料,系统地研究了它们催化氧还原反应的活性。实验测试结果表明,Ag4Cu相较其他三种催化剂而言具有最好的氧还原催化活性,其起始电位为0.92 V,半波电位为0.8 V,极限扩散电流密度为5.9 mA cm-2,塔菲尔斜率为77 mV dec-1。通过测量不同转速的氧还原极化曲线,根据Koutecky-Levich计算出Ag4Cu的电子转移数为3.75,说明其此氧还原反应主要由四电子途径控制。并且Ag4Cu在碱性体系中展现了比商业Pt/C催化剂更好的抗甲醇性能和稳定性,说明它是一种有潜力的氧还原反应的催化剂。