【摘 要】
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尽管直接甲醇燃料电池(DMFC)正在蓬勃发展,但它们仍然面临着低迷的局面,包括稀有的贵金属资源,由于一氧化碳的存在使Pt容易中毒从而导致催化活性低等。商业Pt/C催化剂在长期的
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尽管直接甲醇燃料电池(DMFC)正在蓬勃发展,但它们仍然面临着低迷的局面,包括稀有的贵金属资源,由于一氧化碳的存在使Pt容易中毒从而导致催化活性低等。商业Pt/C催化剂在长期的运行过程中,由于Pt与C之间的物理吸附作用较弱导致催化剂容易出现腐蚀现象,且Pt颗粒易于团聚而导致失活。为了加速DMFC的商业化,研究人员致力于合成高效且稳定的催化剂,从而产生了一系列先进的研究成果。本文中,首次制备了源自Ce-有机金属框架(MOF)的新型Pt-Ce O2/Ti N纳米管(Ti N NTs)催化剂和硼氮碳共掺杂的纳米管(BNC NTs)并将其作为负载Pt的载体。对载体及催化剂进行了扫描电子显微镜(SEM),透射电子显微镜(TEM),X射线衍射(XRD),氮吸附/解吸比表面积测试(BET),拉曼测试(Raman)和电化学测试以表征催化剂。与Pt/C催化剂相比,催化剂Pt-Ce O2/Ti N NTs的电化学测试表明其甲醇电催化性能更加优异,具有更高的抗CO中毒能力。XRD表明成功制备了以Ce-MOF为前驱的复合载体Ce O2/Ti N NTs。SEM和TEM可以观察到载体是中空多孔结构,其管壁的表面是由纳米片状结构组合而成,同时可以观察到Ce O2/Ti N NTs的表面是由紧密结合的纳米晶体相嵌组成多孔结构。BET测试结果表明Ce O2/Ti N NTs具有介孔结构和较大的比表面积,电化学的CV测试表明管状结构的Ce O2/Ti N NTs具备优良的电化学稳定性。CA测试表明,催化剂Pt-Ce O2/Ti N NTs具有更好的耐腐蚀能力和稳定性。催化剂的MOR测试表明,Pt-Ce O2/Ti N NTs展现出更好的甲醇电催化活性。XPS进一步表明了以Ce-MOF为前驱体引入的Ce O2可以提供电子给Pt,从而有利于甲醇氧化的Pt(0)含量增多,并且Ce O2有利于降低Pt的d带空位及其费米能级,从而减弱了Pt与中间产物CO之间的相互作用,因此催化剂Pt-Ce O2/Ti N NTs甲醇电催化性能更加优异。催化剂Pt/BNC NTs的电化学测试表明其甲醇电催化性能更加优异,具有更高的抗CO中毒能力和稳定性。元素分布分析及XRD分析表明成功合成了载体BNC NTs,SEM和TEM测试结果证明制备的催化剂载体BNC NTs为管状结构。Raman测试表明BNC NTs的D峰强度ID和G峰强度IG的比值(ID/IG)为1.08,验证了BNC NTs的管状形态。而且ID/IG的结果表明掺杂的B引入了很多缺陷位,这些缺陷位为Pt纳米颗粒(NPs)的负载提供了更多的活性位点。MOR测试表明Pt/BNC NTs对MOR具有最佳的电催化能力。计时电流测试表明,Pt/BNC NTs具备更好的抗中毒能力和稳定性。Pt/BNC NTs催化剂的ADT测试结果进一步证明其稳定性。XPS表明Pt和B之间的电子相互作用可以改善Pt的电催化性能和形貌。而且,由于B的掺杂,Pt的d带中心的下移,Pt与B之间的强电子效应,可以增强对MOR的电催化活性。
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