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燃料电池具有操作温度低、能量效率高、无电解质腐蚀等特点,是电化学和能源科学领域的一个研究热点。催化剂的研制是质子交换膜燃料电池研究中最具有挑战性的任务之一。大量研究证明,Pt基催化剂作为燃料电池的阴、阳极催化剂表现出了良好的电催化性能。然而,金属铂的价格及来源的短缺限制了Pt基催化剂的应用。近年来,使用金属氧化物增强的Pt基金属氧化物复合催化剂成为研究热点。前期此类研究的大量工作多关注PtMOx/C(MOx=CeO2,SnO2,Co3O4,NiO等),本文考虑到催化剂的催化活性、稳定性、抗中毒性能以及使用寿命等因素,创新的使用碳纳米管做载体制备PtMOx/CNTs(MOx=SnO2,Co3O4,NiO)复合催化剂,系统的研究了其性能并将其与活性炭为载体的催化剂进行了性能的对比。
本文为了制得目标PtMOx/CNTs,首先制备MOx/CNTs材料作为催化剂载体,进而制备目标复合催化剂PtMOx/CNTs。根据实验室条件及考虑到制备路线对催化剂的影响情况,载体MOx/CNTs的制备采用了沉淀热分解法,PtMOx/CNTs的制备则使用的是间歇微波加热法。
用循环伏安、XRD和TEM等方法研究了催化剂的组成、结构及其催化性质,得到如下结果:
1.经XRD对催化剂进行了测试,结果显示,不同氧化物碳纳米管做载体均制得了目标催化剂。利用TEM对催化剂的形貌及粒径进行了表征,催化剂均具有较高的分散度,平均粒径介于5~8nm。
2.对制得的三种复合催化剂采用循环伏安法检测其电化学性能,通过以0.5mol/LCH3OH+0.5mol/LH2SO4为溶液时测试的循环伏安曲线,对比可知不同氧化物对催化剂的催化活性、稳定性和抗毒性的改变有所不同,综合考察可以得出PtCo3O4/CNTs表现出了最佳的对甲醇的电催化氧化性能。
3.通过电化学性能的对比测试实验,我们得知以碳纳米管为载体制得的催化剂比以活性炭为载体制得的催化剂明显具有更高的催化活性和更高的稳定性,但抗毒性有所下降。
4.通过甲醛实验,从中可以看出以含有氧化物的催化剂明显比不含氧化物的催化剂具有更好的抗毒性能。
由以上实验可以得出以碳纳米管为载体制得的催化剂一般性能都优于以活性炭为载体制得的催化剂;氧化物的加入提高了催化剂的抗毒性能。