论文部分内容阅读
随着社会的飞速发展,能源危机和环境污染问题日趋严重,环境友好的直接甲醇燃料电池(DMFC)成为了当前研究的热点。但其Pt基阳极催化剂的制备成本较高且易被甲醇氧化的中间产物毒化,严重阻碍了DMFC的发展和应用。选择具有独特结构的载体来制备高性能负载型PtRu催化剂是解决这些问题的主要途径之一。生物质介孔碳材料价廉易得、比表面积较大且具有合适的孔道结构;此外碳纳米管(CNTs)具有优良的导电性和电化学稳定性,功能化后的CNTs能改善其PtRu负载能力。本文将生物质介孔碳和功能化碳纳米管作为PtRu催化剂的载体,制备了系列PtRu催化剂并应用于甲醇的电催化氧化。研究工作包括以下两部分:(1)PtRu/LSC-s催化剂的制备及其在DMFC中的应用。首先,以莲蓬壳作为碳源,经水热反应制备得到水热纤维。水热纤维再经盐封、碳化活化后得到生物质介孔碳材料(标记为LSC-s)。为了对比,水热纤维不经盐封、直接碳化活化制备得到介孔碳材料(标记为LSC)。而后分别以LSC-s和LSC为载体,NaBH4为还原剂,采用浸渍还原法制备了PtRu/LSC-s和PtRu/LSC催化剂。采用TEM、XRD和XPS对催化剂的形貌和结构进行了表征,结果表明PtRu/LSC-s催化剂上的PtRu纳米粒子分布更均匀,粒径更小,平均粒径为1.77 nm。将两种催化剂用于甲醇的电催化氧化,发现PtRu/LSC-s催化剂具有更高的甲醇氧化催化活性,其甲醇氧化峰电流密度为798.4 mA mg-1Pt,是PtRu/LSC的1.7倍。(2)PtRu/CNTs催化剂的制备及其在DMFC中的应用。首先,通过重氮化反应在碳纳米管(CNTs)表面共价修饰苯硫酚基团得到CNTs-PhSH;然后与对苯二硫酚、对氨基苯硫酚在DMSO中原位聚合得到苯二硫酚低聚物功能化碳纳米管CNTs-Ph(SSPh)nNH2。以两种功能化的碳纳米管为载体,NaBH4为还原剂,采用浸渍还原法制备得到PtRu/CNTs-Ph(SSPh)nNH2和PtRu/CNTs-PhSH催化剂。采用TEM和XRD对催化剂进行了表征,结果表明PtRu/CNTs-PhSH催化剂上的PtRu纳米粒子出现团聚,平均粒径为2.6 nm;而PtRu/CNTs-Ph(SSPh)nNH2催化剂的PtRu粒子分布均匀,平均粒径为2.1 nm。将两种催化剂用于甲醇的催化氧化,电化学数据表明PtRu/CNTs-Ph(SSPh)nNH2具有更高的甲醇氧化催化活性,其甲醇氧化峰电流密度为520.4 mA mg-1Pt,是PtRu/CNTs-PhSH的1.6倍。