纳米Pt-Rh/C的制备、表征及甲醇电催化氧化的研究

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铂催化剂是一种具有较高电催化活性的燃料电池催化剂,但是甲醇的解离吸附产物CO容易使铂中毒。目前抗CO中毒能力最强的双金属催化剂是PtRu合金,但在阳极反应中发生的Ru溶出损失一直是一个难题。而作为最有前景的双金属阳极催化剂PtRh,相关的研究报道大都局限于Rh修饰Pt电极的制备与应用,很少涉及表面合金和实质性催化剂的制备与应用。本论文以Pt网为模型电极催化剂,以甲醇的电化学氧化作为探针反应,采用强迫沉积法在铂网表面制备了沉积结构及Pt、Rh含量不同的沉积层,通过循环伏安法对催化剂进行了表征,并研究了甲醇的电催化氧化行为。在此基础上,以石墨为载体,通过在超声波作用下化学还原制备了5%Pt(记作:Pts/C)催化剂基底,考察了不同焙烧温度、还原温度对Pts/C催化剂基底的影响;然后,通过强迫沉积法制备了不同的PtxRhy/Pt5/C、PtxRhyPtz/Pt5/C“三明治”式沉积层,采用循环伏安法研究了Pt、Rh沉积结构和沉积量改变,以及焙烧还原气氛对负载PtRh合金催化剂制备的影响,采用X-射线衍射(XRD)手段对催化剂表面的形态和组成进行了表征,并考察了催化剂在甲醇电化学氧化中的催化活性。结果表明:(1)采用强迫沉积法均可以使纯Rh和PtRhPt“三明治”式结构沉积在Pt网上形成取向附生的沉积层。对于纯Rh沉积层而言,甲醇氧化起始电势没有下降,但峰顶电势略降低了40mV;随着Rh覆盖度增大,使得甲醇氧化电流密度大幅度减小。而PtxRhyPtz“三明治”结构沉积层在沉积过程中形成了部分合金,改变了催化剂表面特性,从而提高了催化剂的催化活性和稳定性。甲醇在Pt1Rh8Pt1“三明治”结构沉积层的氧化电势比纯Pt表面降低了45 mV,氧化电流密度提高了40%。(2)采用400℃下焙烧的Pt5/C作为催化剂基底,对比不同焙烧温度下制备的Pt5/C基底,起始氧化电势和峰顶电势几乎没有变化,但是从峰电流来看,在400℃下焙烧制备的Pts/C催化剂基底峰电流最高。(3)采用强迫沉积法将不同含量的Pt、Rh沉积在Pts/C基底上制备了三明治式沉积层,在300℃下焙烧、150℃还原后形成了很好的合金,由Pt0.1Rh2/Pt5/C“三明治”式沉积层形成的PtRh/Pt5/C合金催化剂表现出较好的催化活性。甲醇在PtRh/Pt5/C催化剂表面的氧化峰顶电势与Pt5/C基底相比起来降低了60 mV。
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