免费论文：直接醇燃料电池用纳米金及合金催化剂研究

由于甲醇具有高功率密度、高能量效率以及方便运输和储存等优点，直接甲醇燃料电池（DMFCs）有望用作便携式电力设备和电动车的电源。然而，受到强化学吸附含碳中间体的影响，Pt和Pt基合金催化剂的活性在运行过程中逐渐减弱。受到Au催化剂对CO氧化具有良好催化活性的启发，我们研究了直接醇燃料电池（DAFCs）用纳米Au及Au合金催化剂。在聚乙烯吡咯烷酮（PVP）存在的条件下用KBH4在活性炭的表面快速还原AuCl4–制备了Au/C催化剂。向混合溶液中加入KBH4溶液之前，用1 M NH3•H2O溶液调节混合物至碱性。因此，我们的制备路线包含两个反应：(1) NH3•H2O与AuCl4–反应生成部分负载在活性炭表面的PVP稳定的雷酸金纳米粒子。(2) 雷酸金纳米粒子被KBH4还原形成Au核。故此，我们称这种制备方法为沉积还原法（DRP）。基于30%的Au/C催化剂，我们通过循环伏安法（CV）、稳态极化曲线法（Tafel）和电化学阻抗谱法（EIS）研究了Au/C催化剂对甲醇电化学氧化（MEO）的催化活性和MEO的反应动力学。结果显示Au/C催化剂对MEO具有良好的催化活性，并且对MEO有助催化活性的活性吸附OH– ( )是Au纳米粒子（AuNPs）表面弱吸附的OH–。基于此，我们提出了一种新的Au/C催化剂上MEO的控速步骤的机理。在Au担载量小于25%时，由于DPR制备方法中AuNPs的独特生长途径，AuNPs的平均粒径随着Au担载量的增加而减小。而且，20%的Au/C催化剂显示了最高的负载效率（94.5%）。基于具有不同AuNPs平均粒径的Au/C催化剂，通过CV研究了Au/C催化剂对MEO的粒径效应。结果显示，MEO的比质量电流密度随AuNPs平均粒径的减小而增加的因子为2.42～3.17。根据此，我们提出Au/C催化MEO的活性位为AuNPs的角、边和阶梯位。因为双功能机理和电子效应，Pt与易氧化组分形成合金可以增强中间中毒产物的去除。基于此和 对MEO的助催化作用, 我们研究了甲醇在AuNi/C和AuFe/C催化剂上的电化学化学。在催化剂的制备过程中，通过热处理和酸洗过程实现催化剂中Au和M（M = Ni或Fe）的合金化及去除催化剂中未合金化的M。研究发现，随着热处理温度的升高，AuNi/C和AuFe/C催化剂中合金化程度明显提高，同时催化剂中AuNi和AuFe纳米粒子的平均粒径也逐渐增大。由于一步法和两步法制备的催化剂中Au和M组元的分散性不同，两者显示最优比质量活性的热处理温度不同。一步法和两步法制备的AuM/C催化剂的最佳热处理温度分别为400和500 ℃。其中，在400 ℃下热处理的以NH2NH2•H2O为还原剂通过浸渍法制备的AuNi/C催化剂由于具有较小的平均粒径而显示了最好的催化活性。由于Ni的助催化作用，其对甲醇的电化学氧化比质量和比电化学活性面积（ECSA）活性均高于Au/C催化剂。由于核-壳纳米粒子的优良的催化性能，我们研究了活性炭负载Au核-Pt壳纳米粒子（Au@Pt/C）催化剂对MEO的催化。通过外延生长法以HCOONa作还原剂制备了Au@Pt/C催化剂。在晶体的生长过程中，Pt原子在AuNPs的表面外延生长形成具有Au面心立方（fcc）结构的Pt壳。Pt壳的Au fcc结构使得Au@Pt/C催化剂显示了良好的MEO活性和高的抗CO吸附性能。由于电子从Pt向Au转移，Pt的电子结合能升高。这种电子效应降低了催化剂对MEO和CO剥离的活性。基于电化学测试结果，我们提出了Pt壳的Au fcc结构和电子效应的减弱有利于MEO和抗CO中毒性能的提高。

来源：半壳优胜育转载请保留出处和链接！

本文链接：http://www.87cpy.com/263805.html