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直接甲醇燃料电池(DMFC)是一种将甲醇氧化反应的化学能直接转换成电能的发电装置,具有原料来源广泛且易于储存和运输、能量密度高、环境污染小、工作温度低等优点,被认为是最有可能商业化的燃料电池之一。但DMFC的发展仍然还面临很多问题,尤其是阳极催化剂的高成本和低活性。为了加速DMFC的商业化进程,发展低铂、高活性的阳极催化剂显得十分重要和关键。本论文的主要目的就是利用氢钼青铜(HxMoO3)作辅助催化剂,制备低铂、高活性的Pt-HxMoO3催化剂,主要研究内容和得到的结果包括:
(1)以HxMoO3修饰的碳Valcum XC-72(HxMoO3-C)作为载体,以甲醛为还原剂,制备出HxMoO3分散的纳米铂催化剂。SEM表明,HxMoO3-C支撑的铂颗粒约100nm,比无HxMoO3修饰的碳(C)所支撑的铂颗粒(约200nm)更小,且分布更均匀；循环伏安测试表明,在同等铂含量条件下,Pt/HxMoO3-C的电活性面积是Pt/C的2.1倍,甲醇氧化峰电流却是Pt/C的2.5倍。这说明Pt/HxMoO3-C的电催化性活性不仅与大的电化学活性面积有关,还有来自HxMoO3的贡献；恒电位测试结果反映,Pt/C和Pt/HxMoO3-C的电流衰减率分别为46％和26％,表明Pt/HxMoO3-C具有更好的抗甲醇氧化中间产物中毒能力。
(2)以HxMoO3修饰的多壁碳纳米管(HxMoO3/MWNTs)为载体,以乙二醇为还原剂和稳定剂,提出HxMoO3辅助乙二醇法制备超细纳米铂的新方法。FTIR显示,HxMoO3影响了铂在MWNTs表面的沉积过程:没有HxMoO3修饰时,铂更倾向于沉积在MWNTs表面的含氧功能基团位点,而HxMoO3修饰以后,铂优先沉积在HxMoO3的位点；TEM观察表明,HxMoO3/MWNTs支撑的铂颗粒约3.4nm,比Pt/C支撑的铂颗粒(约4.3nm)要小,且分布更均匀；循环伏安和恒电位测试均表明,HxMoO3/MWNTs支撑的铂具有比Pt/MWNTs强的抗中毒能力:CO溶出伏安实验进一步确认了Pt/HxMoO3/MWNTs的强抗中毒能力,相对于Pt/MWNTs,对CO电氧化的起始电位提前了约30mV。
(3)以低氢量氢钼氢铜(MoO)x包覆的碳纳米球作为新型载体,制备均匀纳米铂。水热合成的碳纳米球约150nm,在MoOx包覆后能作为支撑体负载上约4.5nm的铂颗粒,接近于CNTs支撑的纳米铂(4.3nm);XPS分析表明,MoOx中的Mo处于正五价和正六价之间,更接近于正五价；电化学测试表明,Pt/MoOx/CNS可以产生Pt-MoOx岛,能够促进CO氧化。相对于Pt/CNTs,CO电氧化的起始电位提前了约110mV。
以上结果均表明,氢钼青铜不仅能够明显减小铂颗粒并提高其分散,也能显著提高铂对甲醇氧化的催化活性,可以用来替代部分铂,以制备低铂、高活性的DMFC阳极催化剂。