直接甲醇燃料电池ptrupc和pd-coc催化剂的制备及催化性能研究

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1、中南大学硕士研究生学位论文摘要捅要直接甲醇燃料电池(Directmethanolfuelcells，DMFCs)使用液体燃料，具有结构简单、体积小、操作温度低、比能量高等优点，特别适合于小型便携式电源，被认为是可能最早商业化的一种燃料电池。但目前DMFC存在的催化剂活性低、成本高等诸多问题限制了它的实际应用。本文对掺入非金属元素的阳极催化剂和采用非Pt合金作为阴极催化剂进行了探索，开发出了一种性能优良好的PtRuP／C阳极催化剂和一种性能接近于n的Pd3Co合金阴极催化剂，用XRD、XPS、TEM等手段对其结构进行了表征，采用循环伏安、计时电流曲线、旋转圆盘电极等方法研

2、究了其催化活性。另外还采用电化学测试方法对甲酸在不同催化剂上的电化学氧化机理进行了一定的探索研究。以NaH2P02为还原剂，采用浸渍法制备了60％nRuP／C阳极催化剂。EDS和XPS分析表明催化剂表面含有非金属元素P，TEM观测到催化剂平均粒径为2．8nm，分布均匀。载体和浸渍液pH值对催化剂催化甲醇的活性有很大影响，XC．72R碳粉具有合适的比表面积和表面特性，以其为载体、浸渍液pH值为7时制备的PtRuP／C催化剂具有最高的活性和抗毒化性能。比较不含P的PtRu／C催化剂，PtRuP／C催化剂具有更高的催化活性，0．45V时氧化甲醇的电流密度达到63mA／cm2。

3、以PdCl2和Co(N03)2为原料、XC．72R为载体，采用浸渍法制备了20％Pd．Co／C阴极催化剂，考察了还原剂和Pd：Co原子比对催化剂活性的影响。研究发现，NaBI-h为还原剂、Pd：Co原子比为3：1时制备的Pd3co／C表现出对氧还原的催化活性最高，氧还原起始电位为0．57V，0．3V(vs．SCE)时的极限扩散电流密度达到7．83mA／cm2。不同热处理温度下样品表现出一定的结构和活性，600℃处理的Pd3Co／C具有较稳定的PdCo合金结构，并出现一定的CoPd2晶相，提高了催化剂的活性和稳定性。在相同条件下考察了甲酸(HCOOH)在Pt／C和Pd／C

4、两种催化剂上的电化学氧化情况。循环伏安研究表明Pd／C对甲酸氧化的起始电位较Pt／C负约160mV，而且不易被毒化，甲酸在二者催化剂上电氧化均受扩散步骤控制，结合计时电流曲线表明，甲酸在Pd／C上的电氧化较在Pt／C上有较小的过电位。交流阻抗研究发现甲酸在二者催化剂上电氧化的钝化电位不同，Pd催化剂表面为OHads所覆盖而被钝化；而Pt则被OHads和COad。覆盖，表面被毒化而钝化。关键词直接甲醇燃料电池，电催化，PtRuP／C催化剂，Pd．Co／C催化剂，甲酸氧化中南大学硕士研究生学位论文ABSTRACTABSTRACTDirectmethanolfuelcells

5、(DMFCs)，usingliquidfuel，whichhavealotofexcellentproperties，suchassimplestructure，smallervolume，loweroperatingtemperatureandhigherspecificenergy,havebeenconsideredtobecommercializedfirstly．However,themaindrawbackslimitingthecommercialviableDMFCarelowercatalyticactivityofcatalystsandhigher

6、cost．Anodecatalystsdopedofnon—metallicelementPandcathodecatalystsusingnon—Ptalloyhavebeenexploredinthispaper．PtRuP／CanodecatalystwithexcellentperformanceandPd3Coalloycathodecatal)'stswithactivitysimilartoPtweredeveloped．ThestructuresofcatalystswerecharacterizedbyXRD，XPSandTEMmethods．Thee

7、lectrochemicalactivitiesofcatalystswerestudiedbyCyclicVoltammetry(CV)，Chronoamperometry(CA)，RotatingDiscElectrodes(RDE)，andSOon．Inaddition，themechanismsofformicacidelectro—oxidationondifferentcatalystswerestudiedbyelectrochemicalmethods．A60％PtRuP／Canodecatalystwasprepared