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直接甲醇燃料电池(DMFC)因甲醇来源丰富、价格便宜、毒性小、易于携带和储存、能量密度高等优点,被认为是最具有应用前景的移动电源之一。不过,目前广泛研究的质子交换膜直接甲醇燃料电池(PEM-DMFC)存在着阳极电催化剂活性低和“甲醇渗透”两大问题。 阴离子膜直接甲醇燃料电池(AEM-DMFC),由于采用碱性体系,Pt阴阳极的电催化性能大幅提高,电渗析方向的改变也抑制了甲醇从阳极向阴极的渗透,电池功率可望高于PEM-DMFC。因此AEM-DMFC正逐渐受到人们的重视。目前,Pt-Ru合金催化剂是应用最为广泛的甲醇燃料电池阳极催化剂,但其性能仍不能够满足DMFC的应用要求,开发新型甲醇电氧化催化材料成为AEM-DMFC应用的关键。W、Ni和Sn电负性依次降低,当它们在与纳米Pt-Ru的掺杂后,一方面,可不同程度地改变Pt的电子结构等,另一方面,其自身的电子结构直接或间接地改变了水的解离吸附能和H2O或OH-转化为OHads的活化能,对调节催化剂活性有重要的应用价值。
本文应用溶胶法制备碳载Pt-Ru-M(M为W、Ni和Sn元素),应用XRD、XPS技术对其进行活性物晶相结构及价态组成表征,采用循环伏安法(CV)测试催化剂电催化氧化甲醇的活性。
实验结果显示:1.催化剂的粒径约为3nm左右,掺杂M后引起Pt-Ru合金微粒粒径减小。2.在催化剂表面上Pt、Ru、M三种元素并非单纯以0价形式存在,而是以0价和氧化态形式混合存在。3.本实验中,随着甲醇浓度的增加,氧化峰峰电流密度显著增大,催化活性提高;pH值越高,甲醇的起始氧化电位显著降低,催化活性提高。相同甲醇浓度和碱性条件下不同催化剂活性顺序为:Pt5-Ru4-Ni0.7/C>Pt5-Ru4-W0.7/C>Pt5-Ru5/C>Pt5-Ru4/C≈Pt5-Ru4-Sn0.7/C。掺杂Ni可显著提高Pt-Ru/C催化剂的活性,W也有较大的促进作用,而Sn则降低了Pt-Ru/C催化剂的活性,以Pt5-Ru4/C中Ru的原子比例为基础,掺杂适量Ni、W原子比掺杂适量Ru更能有效地提高催化剂的活性。Pt5-Ru4-Ni0.7/C在1.0mol/LNaOH+1.0mol/LCH3OH中峰电流密度可达842.2mA/mg。掺杂不同量的Ni对Pt-Ru/C催化剂活性的影响:Pt5-Ru4-Ni0.7/C>Pt5-Ru5/C>Pt5-Ru4-Ni0.3/C>Pt5-Ru4/C>Pt5-Ru4-Ni1.5/C。当npt∶nRu∶nNi=5∶4∶0.7时,Pt-Ru-Ni/C电催化剂对甲醇氧化活性最高,Ni的掺杂量与催化剂的活性呈火山型关系。
本文应用溶胶法制备碳载Pt-Ru-M(M为W、Ni和Sn元素),应用XRD、XPS技术对其进行活性物晶相结构及价态组成表征,采用循环伏安法(CV)测试催化剂电催化氧化甲醇的活性。
实验结果显示:1.催化剂的粒径约为3nm左右,掺杂M后引起Pt-Ru合金微粒粒径减小。2.在催化剂表面上Pt、Ru、M三种元素并非单纯以0价形式存在,而是以0价和氧化态形式混合存在。3.本实验中,随着甲醇浓度的增加,氧化峰峰电流密度显著增大,催化活性提高;pH值越高,甲醇的起始氧化电位显著降低,催化活性提高。相同甲醇浓度和碱性条件下不同催化剂活性顺序为:Pt5-Ru4-Ni0.7/C>Pt5-Ru4-W0.7/C>Pt5-Ru5/C>Pt5-Ru4/C≈Pt5-Ru4-Sn0.7/C。掺杂Ni可显著提高Pt-Ru/C催化剂的活性,W也有较大的促进作用,而Sn则降低了Pt-Ru/C催化剂的活性,以Pt5-Ru4/C中Ru的原子比例为基础,掺杂适量Ni、W原子比掺杂适量Ru更能有效地提高催化剂的活性。Pt5-Ru4-Ni0.7/C在1.0mol/LNaOH+1.0mol/LCH3OH中峰电流密度可达842.2mA/mg。掺杂不同量的Ni对Pt-Ru/C催化剂活性的影响:Pt5-Ru4-Ni0.7/C>Pt5-Ru5/C>Pt5-Ru4-Ni0.3/C>Pt5-Ru4/C>Pt5-Ru4-Ni1.5/C。当npt∶nRu∶nNi=5∶4∶0.7时,Pt-Ru-Ni/C电催化剂对甲醇氧化活性最高,Ni的掺杂量与催化剂的活性呈火山型关系。