一维无机纳米材料的构筑及其电化学性能研究

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直接甲醇燃料电池(DMFC)因能量密度高、设备简单及环境友好等众多优点使其在可再生能源方面有着潜在的应用并受到越来越多研究者的关注。Pt基催化剂一直被认为是催化氧化甲醇活性最好的催化剂,而目前使用的Pt基阳极材料普遍存在反应动力学速率低、易中毒及燃料渗透等突出问题。为解决以上问题,本论文开展了有关金属氧化物TiO2纳米纤维作DMFC阳极Pt基催化剂载体材料的研究,有望DMFC阳极材料的电催化性能得到进一步改善并加速实现其大规模商业化应用。本论文主要工作有:1.以TiO2纳米纤维为催化载体,研究了不同催化活性组分下催化剂的催化性能。通过静电纺丝技术并高温煅烧得到TiO2纳米纤维,应用浸渍还原法制得含不同质量分数Pt纳米颗粒的Pt/TiO2纳米纤维催化剂。对各催化剂进行化学组成、晶型测定和微观表面状态等结构表征;并以甲醇小分子为探针,测试所制备的电极材料对甲醇的电催化氧化活性。测试结果显示,Pt/TiO2纳米纤维催化剂具有良好的催化氧化甲醇活性及稳定性,但其抗中毒能力弱于21w/%Pt/TiO2纳米纤维催化剂。2.研究不同催化载体对甲醇电催化氧化性能的影响,本实验以商业TiO2纳米微球(P25)为载体,制备了Pt质量分数相近的Pt/P25催化剂。测试了Pt/TiO2和Pt/P25催化剂的微观结构,并比较了含相同催化活性组分的Pt/TiO2、Pt/P25和商业Pt/C催化剂催化氧化甲醇的性能。实验表明,Pt/TiO2纳米纤维催化剂具有良好的甲醇催化活性和稳定性,但P25作催化载体时催化剂的抗中毒能力最好。3.采用改性的Hummers法制备了氧化石墨烯(GD),并将其掺入TiO2纳米纤维中得到含不同GO量的TiO2-GO纳米复合材料,于无氧环境下高温煅烧得到系列TiO2-RGO材料,将其作为载体,通过浸渍还原法制得系列10w/%Pt/TiO2-RGO(X)催化剂。随后,将所制备的10wt%Pt/TiO2-RGO(X)催化剂进行结构表征及常规电化学测试,结果表明,系列催化剂中Pt/TiO2-RGO (0.03)具有Pt、TiO2和RGO三者间独特的“三相连接”结构,使得该催化剂催化氧化甲醇性能最佳,但其抗中毒能力弱于相同Pt含量的Pt/TiO2纳米纤维催化剂。
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