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燃料电池催化剂载体要求具有良好的导电性、较强的抗腐蚀性和较高的比表面积等特点,正是由于这些原因,目前对燃料电池催化剂载体的研究正越来越多的由碳类载体转向非碳载体。过渡金属化合物如Ti-O Magneli相化合物、Mo-O化合物及碳化物等以其较好的导电性或较强的抗腐蚀性而受到越来越多的关注,相关研究已成为燃料电池领域十分重要的课题。 还原过渡金属(Ti,Mo)氧化物制备导电Ti-O化合物、Mo-O化合物和Ti-C化合物的方法是目前被普遍采用的方法。针对这种制备方法,第一,从热力学计算角度入手,对过渡金属氧化物体系(Ti-O体系和Mo-O体系)进行了评估。以氧势递增原理和拟抛物线规则为基本原理,通过编程评估Ti-O体系24种化合物的标准吉布斯生成自由能发现,△fG0Ti24O47、△fG0Ti26O51和△fG0Ti28O55三个数据可能存在较大误差需重新评估替换。对3个评估后数据进行氧势递增原理的自洽检验,发现原有数据中Ti26O51的标准生成吉布斯自由能数据有误的可能性最大,可能正确的数据为△fG0Ti26O51=-18202.261±0.021 kJ/mol。同时应用编写的程序验证了文献中有关Mo-O体系热力学数据的评估结果,验证结果与文献一致。所得到的Ti-O体系和Mo-O体系的热力学数据为后续合成Ti-O Magneli相和Mo-OMagneli相化合物提供了重要的理论基础。 第二,以Mo-O体系热力学数据为基础,通过对纯MoO3进行一系列不同温度下的还原,摸索出在5% H2/Ar混合气中制备Mo-O Magneli相化合物Mo4O11的最佳条件为610℃,4h,并对MoO3的还原机理进行了合理的解释。为制备出粒径较小比表面积较大的Mo4O11,采用对MoO3进行修饰的方法,制备了MoO3@TiO2、MoO3@SnO2和MoO3@SBA-15三种复合物,但是还原后发现只能得到MoO2,对这类反应的机理也做出了合理的解释。 第三,首次制备了Mo4O11作载体的Pt/Mo4O11燃料电池催化剂,并用XRD、TEM和CV技术对Pt/Mo4O11的性质进行了表征。对Pt/Mo4O11与Pt black和商业Pt/C的CV测试结果表明,Pt/Mo4O11比Pt black具有更大的ECSA,同时,实验中还发现,在HC1O4和CH3OH体系中,与Pt black和商业Pt/C相比,Pt/Mo4O11具有更大的If/Ib值,这说明Pt/Mo4O11具有更好的抗中间产物中毒的性能。对Pt/Mo4O11的抗中间产物中毒的机理提出了合理的解释。同时稳定性测试结果显示,虽然Pt/Mo4O11的ECSA损失率较高,但是其电化学活性面积依然比Pt black要大的多,这说明Mo4O11作为燃料电池催化剂载体具有很好的优越性。 第四,以Ti-O体系的热力学数据为理论指导,优化了用钛酸四丁酯和硅酸四乙酯分别为钛源和硅源,两步法合成Ti-O Magneli相化合物的方法。HF刻蚀后制备出了比表面积可达62.0~88.5m2/g的Ti-O Magneli相(Ti4O7,Ti5O9 andTi6O11)化合物。同时,通过碳热还原法还原Ti-O-C前驱体,制备了TiC-C复合物,将其载Pt后制备了Pt/TiC-C催化剂,对其催化甲醇氧化性能进行了初步的探究,发现Pt/TiC-C催化剂比商业Pt/C具有更低的起始电位和更高的活性,值得继续研究。