多孔材料的制备及其在甲醇燃料电池中的应用

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直接甲醇燃料电池(DMFC)因为其具有燃料运输与存储方便、重量轻、体积小、结构简单、能量效率高等优点,在便携式电池、电动汽车等领域具有广阔的发展前景。然而,作为直接甲醇燃料电池重要组成部分的阳极催化剂-铂基催化剂,由于价格昂贵、资源稀少,困扰着甲醇燃料电池的发展。因此,开展甲醇燃料电池的阳极材料研究,实现阳极材料低铂甚至无铂化是该领域的研究热点。   本文采用二氧化硅模板法制备三维多孔的Pt催化剂。首先我们采用改进的Stober法,即种子--生长的方法,通过改变四乙氧基硅烷(TEOS)的添加方式和控制合成温度,得到了粒度均一的单分散二氧化硅微球,并通过改变TEOS的滴加量来控制二氧化硅微球的粒径。然后将制得的二氧化硅微球通过自然沉降法自组装在表面光滑洁净的金基底上制得具有三维结构的二氧化硅模板,再利用电沉积的方法,将Pt沉积到二氧化硅模板的孔隙中,制得三维多孔Pt阳极催化剂。扫描电子显微镜结果证实了上述制备及组装过程,硫酸溶液中氢的吸脱附电化学研究表明制得的催化剂具有较大的比表面积和氢活性,将该催化剂用于对甲醇的催化氧化,具有较高的催化活性,表明模板法合成的三维结构多孔材料有效提高了Pt催化剂的使用效率,增加了催化剂的活性作用点位。   同时将铂催化剂担载到一些多孔、大表面积的载体上,可极大的提高催化剂利用效率,防止燃料电池在使用过程中催化剂的团聚。鉴于此,本文采用二氧化硅模板法制得多孔聚邻苯二胺膜,并以此为载体制得了负载型铂催化剂,进一步减少Pt的用量,结果表明聚邻苯二胺多孔载体能显著提高铂催化剂对甲醇的催化活性和稳定性。
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