基于ni，co，fe，mo，w掺杂的ptc在碱性介质中电催化氧还原的性能研究

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1、太原理工大学硕士学位论文Ni，Co，Fe，Mo，W掺杂的Pt/C在碱性介质中电催化氧还原的性能研究姓名：程变萍申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：刘世斌20070501太原理工大学硕士研究生学位论文Ni，Co，Fe，Mo，W掺杂的Pt／C在碱性介质中电催化氧还原的性能研究摘要直接甲醇燃料电池(DMFC)因甲醇来源丰富、价格便宜、毒性小、易于携带和储存、能量密度高等特点，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

2、燃料电池(AEM—DMFC)，采用碱性体系，阴阳极反应环境优越，反应过电位较低，电渗析与甲醇渗透方向相反，甲醇进入阴极的速率减小，电池功率密度和发电效率可望明显高于PEM-DMFC。因此，AEM．DMFC正逐渐受到人们的重视。碱性条件下，阴极氧还原电催化材料的研究和应用多集中于Pt／C和hg／C，因其活性和抗甲醇性不足，反应过电位较高，AEM．DMFC的优势并未得到充分体现。开发新型的阴极电催化剂成为提高AEM-DMFC性能的关键问题。Ni、Co、Fe、Mo、W的成键d电子数依次降低，通过掺杂这些过渡金属元素可以不同程度地改变纳米Pt的

3、d电子结构和Pt-Pt键长，从而调变Pt／C电催化氧还原的活性和抗甲醇性。本文应用溶胶法制备碳载Pt．M(M为Ni、Co、Fe、Mo、W)，应用XRD、EDS、XPS技术对其进行活性物微观结构及组成表征，电位线性扫描伏安法测试催化剂活性和抗甲醇性。太原理工大学硕士研究生学位论文研究表明，制各的Pt基合金微粒基本呈圆形，金属颗粒在活性炭表面上分布均匀，粒径也较为均匀，粒径范围约2～4nln，晶型结构仍以Pt面心立方晶系存在，晶面以Pt(111)居多，掺杂的元素原子未单独形成单质颗粒，而是以Pt-M合金的形式存在。Pt枷／C催化剂表面的Pt

4、元素以0价和正4价的形态存在，Ni元素主要以NiO、Ni203的形态存在。Ni、Co、Fe、Mo与Pt形成的Pt．M／C催化剂的活性与合金中元素M的掺杂量呈抛物线形关系，即“火山型”关系。Pt．M／C和Pt／C催化剂随电解液的碱性增加，氧电还原起始反应过电位变大，最大反应流减小，催化活性降低。相同碱性条件下不同催化剂活性顺序为：Pt50M050／C>Pt50Fe50／C>Pt50Ni50／C>Pt50C050／C>Pt／C>Pt50W50／c，抗甲醇性顺序为：Pt50M050／C>Pt50C050／C>Pt50Fe50／C>Pt50Ni

5、50／C>Pt／C>Pt50wsdc，适量Mo元素的掺杂可显著促进Pt／C催化剂的活性和抗甲醇性，Fe、Co、Ni元素的掺杂有较好的促进作用，w元素的掺杂则降低了Pt／C催化剂的活性和抗甲醇性。理论分析认为，Pt的成键d电子的偏移(即电子因素)是掺杂Mo、Fe、Co后Pt／C催化剂活性提高的主要因素；掺杂Ni原子为Pt／C金属表面增添了新型活性中心，对纳米Pt的活性提高起到了重要作用。其中，Pt50M050／c在0．1mol／LKOH溶液中最大电流达到107mA／mg，氧电还原起始过电位比Pt／C小200mV，最大反应电流是Pt／C的1

6、．35倍；在O．1mol／LKOH+0．5mol／LCH30H溶液中最大反应电流较无甲醇电解液情况，仅减小了3．7％，氧电还原起始电位负移0．05V，而Pt／C的最大电流减小了27％，氧电还原起始电位负移O．05V，Pt50MosdC的抗甲醇能力最强：Pt50M05dE的活性对pH值变化的适Il太原理工大学硕士研究生学位论文应性最强，电解液中KOH浓度分别为o．5mol／L、1．0mol／L和2．0mol／L时的最大电流，与0．1mol／LKOH电解液中的最大电流相比，仅分别减小了6％，22％和41％，远小于Pt／C的16％，39％署1

7、162％。Pt50Ni50／C具有与Pt／C一样高的活性稳定性。关键词：碱性介质，Pt基合金电催化剂，氧电还原，催化活性，抗甲醇性111PERFoRMANCEOFPt／CDOPEDWITHNi，Co，Fe，Mo，WFOROXYGENELECTRO—REDUCTIoNINALKALINEMEDIAABSTRACTDriectmethanolfuelcell(DMFC)isviewedasoneofthemostpromisingmobilepowersourcesduetothemeritsofmethanolfuelsuchasthea

8、bundantsource，theinexpensiveprice，thelowpoison，theconvenienttransportationandstorageandthehi【曲energyeff