稀土元素掺杂对pt-ruc电催化性能的影响

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1、太原理工大学硕士学位论文稀土元素掺杂对Pt-Ru/C电催化性能的影响姓名：王秀光申请学位级别：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稀土元素掺杂对Pt—R“C电催化性能的影响摘要直接甲醇燃料电池(DMFC)因其燃料来源丰富、易携带、能量转化效率高、能量密度高、无污染等优点，而在便携式电源、电动汽车等领域具有广阔的应用前景。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，但是其性能仍不能够满足DMFC的应用要求，开发新型阳极电催化剂是DMFC研究的主要课题。稀土元素具有独特的钞电子结构，作为燃料电池甲醇电催化氧化材

2、料的助催化剂已有一定的研究报道。但普遍存在稀土元素流失，催化剂活性稳定性不足的严重问题。稀土元素与Pt、Ru形成合金，可有效避免稀土元素的电化学腐蚀，并能借助稀土元素厂轨道和空的d轨道调变Pt原子的d电子结构，对增进Pt-Ru催化剂活性有重要作用。本文应用脉冲电沉积法制备了稀土元素掺杂的合金型Pt-Ru．Ln／C(Ln为La、Ce、Sm、Eu、Dy、Ho、Lu、Y)电催化剂。采用XRD、EDS和XPS表征Pt-Ru．Ln／C电催化剂的物性结构、表面元素组成和价态形式。采用循环伏安法(CV)和交流阻抗法(EIS)测试催化剂电催化氧化甲醇的活性。实验结果表明：1．电催化剂中P

3、t、Ru、Ln三种元素以合金的形式存在，在合金表面有LnOx存在，合金微粒粒径约为2~4nin，比表面积约为50～90n12．g～，合金微粒的组成与加入前驱体中金属元素比例基本吻合。2．掺杂适I太原理工大学硕士研究生学位论文量稀土金属对Pt-Ru合金的活性有明显影响，在相同的脉冲沉积参数(脉冲通断时间比t。以萨100／300，沉积电位为．0．4V(vs．SCE)，脉冲次数n。=300次)及稀土掺杂量(摩尔分数为O．2)下，不同稀土元素掺杂的Pt-Ru／C催化剂电催化氧化甲醇活性大小顺序如下：Pt-Ru-Eu／C印t—Ru—Ho／C>ptoRu—Dy／C>Pt-Ru—Sm／

4、C≈Pt-Ru／C>Pt-Ru-La／C>Pt-Ru—Ce／C>Pt．Ru—Y／C≈Pt-Ru-Lu／C，其中，Eu、Ho可显著促进Pt．Ru合金催化剂的活性，Dy、Sm有微弱的促进效应，而La、Ce、Lu、Y则降低了Pt-Ru合金催化剂的活性。3．Pt-Ru．Eu0．=／c和Pt-Ru．Hoo2／c催化剂的Tafel常数a均低于Pt．Ru／C，反应活化能相对Pt．Ru／C有所降低，分别为28．3kJ·mol"1和28．4kJ·tool一；催化活性均明显高于Pt_Ru／C，0．5molL。H2S04+0．5toolLdCI-130H中峰电流密度分别为67．5mA·cm"2

5、和66．8mA·cm～，反应起始过电位相比PbRu／C负移了0．05V。4．甲醇浓度的提高和反应温度的升高，均能使Pt—Ru．Euodc和Pt—Ru．Hoo．2／c催化剂的甲醇电氧化速率提高。5．稀土Eu的掺杂并未降低Pt-黜肥催化剂活性稳定性，实验扫描周数的增加，活性物表面的稀土金属Eu有一定程度的流失，但活性并未明显降低。电催化剂的粒径由4．6nill增大到5．1nlTl，随着实验时间的延长有增大的趋势。关键词：脉冲电沉积，电催化剂，电催化氧化，稀土元素太原理工大学硕士研究生学位论文EFFECTOFDOPINGWITHRAREEARTHONELECTRO—CATALY

6、TICPERFORA4ANCE0FPt—Ru／CCATALYSTABSTRACTRecentlydirectmethanlolfuelcell(DMFC)hasbeenwidespreadattentionsbecauseoftheabundantsource，theinexpensiveprice，easystorageandtransportationoftheliquidmethanolaswellasthesmallvolumeandweight，thesimplestructure，easyoperationandmaintenance，thelowcostof

7、DMFC．Therefore，DMFCisviewedasoneofthemostpromisingmobilepowersources．AlthoughPt-Ru／CcatalystshavebeenusedwidelyasanodiccatalystsinDMFC，thepoorelectro—catalyticactivitiesaretheonekeyissuehinderingDMFCcommercialapplication．Rareearthelementhasbeenusedasco—catalystinthe