【摘 要】
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随着科技的进步与时代的发展,传统能源的储存量已经满足不了人类日益发展的需要,同时,使用传统能源所带来严重的环境问题(如酸雨、粉尘及温室效应等)也引起了人们的广泛关注。因此,开发高能量密度、低碳环保的清洁能源已经成为了当下研究的热点课题。直接甲醇燃料电池(DMFCs)作为一种便捷的移动电源设备,因具有能量密度高、环境友好、转换率高等优点成为了能源研究领域的研究热点。目前Pt基催化剂作为DMFCs常用
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随着科技的进步与时代的发展,传统能源的储存量已经满足不了人类日益发展的需要,同时,使用传统能源所带来严重的环境问题(如酸雨、粉尘及温室效应等)也引起了人们的广泛关注。因此,开发高能量密度、低碳环保的清洁能源已经成为了当下研究的热点课题。直接甲醇燃料电池(DMFCs)作为一种便捷的移动电源设备,因具有能量密度高、环境友好、转换率高等优点成为了能源研究领域的研究热点。目前Pt基催化剂作为DMFCs常用的阳极催化剂之一,仍存在一些问题,如成本较高、易发生CO中毒、催化性能不理想等。因此,开发低成本、高性能、强CO耐受性的催化剂成为了DMFCs商业化应用的必要途径。有研究显示,引入过渡金属磷化物或氧化物可以有效增强甲醇氧化性能。为了更好的解决甲醇氧化过程出现的难题,本论文在过渡金属氧化物/磷化物用于MOR阳极催化剂的研究基础上,着重探讨了含磷组分Pt基催化剂复合载体的构建及其对于甲醇氧化性能的影响。具体研究内容如下:(1)以三聚氰胺和一水合葡萄糖为碳源,(NH4)2HPO4为磷源,高温退火形成氮掺杂多孔碳,利用Na BH4还原法负载Pt纳米颗粒,成功构建了氮掺杂多孔碳过渡双金属磷化物复合催化剂Pt-Ni WPx@NDPC。在此基础上,对退火温度和金属比例进行调控以挑选出最佳的退火温度和金属摩尔配比。电化学测试表明,退火温度为800℃,Ni、W金属摩尔配比为1:1时构建的催化剂Pt-Ni WPx@NDPC-800对甲醇电催化的性能最佳。与不添加(NH4)2HPO4的催化剂相比,磷的引入有效提高了甲醇氧化活性。(2)上述研究表明,磷的引入增强了甲醇氧化活性,但该复合载体存在稳定性较差等问题。有研究显示,过渡金属氧化物具有较好的稳定性,同时,过渡金属氧化物具有更多含氧基团,通过铂和亲氧组分之间的协同作用可以增强COads在相邻Pt位点上的氧化,增强甲醇氧化的活性。鉴于此,以炭黑为载体,通过水热、低温磷化、Na BH4负载Pt纳米颗粒成功合成了Pt-C/P-Cu WO4复合载体催化剂。经XPS测试和电化学测试表明,与未磷化的Pt/C-Cu WO4相比,磷的掺杂增强了甲醇氧化的活性和稳定性。在酸性电解质测试条件下,Pt-C/P-Cu WO4的电化学比表面积达到了103 m~2 gPt-1,质量比活性为1422 m A mgPt-1,CO溶出伏安测试表明,Pt-C/P-Cu WO4具有更强的抗CO中毒能力。因此,Pt-C/P-Cu WO4有望成为理想甲醇氧化催化剂。
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