非碳催化剂载体在燃料电池及光催化中的应用

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本论文合成了金红石相Ti0.7W0.3O2、非化学计量比TiO2-X和球形WC三种高导电性非碳催化剂载体,通过硼氢化钠还原的方法制备了三种载铂的电催化剂。通过循环伏安和计时电流法比较了三种合成的电催化剂和商业Pt/C氧化乙醇的活性和稳定性,四种电催化剂在0.1M乙醇/0.1M硫酸溶液阳极扫描的循环伏安图中,Pt/Ti0.7W0.3O2、Pt/TiO2-X、Pt/WC和商业Pt/C乙醇氧化的峰电位大约是在0.619、0.617、0.625和0.645V,相对应的峰电流密度是22.78、18.37、20.82和17.41mAcm-2。从计时电流法的实验结果,我们可以判断电催化剂稳定性的顺序是:Pt/WC>Pt/Ti0.7W0.3O2>Pt/TiO2-X>商业Pt/C。研究了四种电催化剂在不同温度时对乙醇氧化的电催化活性,计算了不同催化剂对乙醇电催化氧化的活化能,发现活化能的大小和电位有关,在0.60V活化能达到最小值。四种电催化剂对乙醇氧化的活化能没有明显差异,表明催化剂载体的变化并没有改变Pt催化氧化乙醇的机理。比较了四种电催化剂对氧气还原的活性,从实验结果可知氧气还原活性的顺序是:Pt/WC>Pt/Ti0.7W0.3O2>Pt/TiO2-X>商业Pt/C,而且四种电催化剂对氧气的还原都是一个四电子的过程。通过溶胶-凝胶法制备了WC/TiO2复合光催化剂,WC/TiO2对苯酚的光催化降解反应显示出比纯TiO2更好的光催化活性,WC最佳的负载量为5wt%。光照240分钟后5wt%WC/TiO2对苯酚的光降解率为95.29%,然而在相同的实验条件下,纯TiO2对苯酚的光降解率只有70.62%。WC/TiO2和纯TiO2光降解苯酚符合一级反应动力学规律,纯TiO2和5wt%WC/TiO2降解苯酚的速率常数分别是0.00514和0.01231min-1。通过对苯酚降解中间产物的分析,推测出WC/TiO2降解苯酚的机理与纯TiO2相同。
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