阳极电催化剂在直接甲醇燃料电池中的应用

直接甲醇燃料电池以燃料甲醇来源丰富,价格低廉,储存、携带方便而成为近年的研究热点.评述了电极催化剂在直接甲醇燃料电池的研究概况,详细介绍了各种催化剂对甲醇氧化的作用.     

便携式直接甲醇燃料电池

采用超薄无Teflon化催化层制备直接甲醇燃料电池空气电极,用电化学沉积方法制备甲醇氧化催化剂PtRu／C。提出较高电位下甲醇氧化的概念。所研制的直接甲醇燃料电池的催化电极贵金属催化剂的利用率提高,甲醇氧化过程催化剂CO中毒问题能够基本消除。     

直接甲醇燃料电池中碳载Pt—TiO2阳极复合催化剂的研究

首次报道了通过化学还原和溶胶－凝胶法了直接甲醇燃料电池（DMFC）中Pt-TiO2/C阳极复合催化剂对甲醇氧化呈出了很好的电催化活性和稳定性,研究了催化剂的组份和制备条件对催化剂性能的影响,这种催化剂有望能在DMFC实际使用。     

代替甲醇作为直接燃料电池燃料的有机物研究进展

发展直接甲醇燃料电池，要面对不少困难，所以有必要寻找其他有机物代替甲醇作为直接醇类燃料电池的燃料．综述了可代替甲醇作为直接醇类燃料电池燃料的有机物，主要有乙醇和多羟基醇．其中乙醇是人们最感兴趣的有机物，是可再生、环保型能源．乙二醇是多羟基醇类中最简单的醇，具有较高的化学能／电能转换率．     

直接甲醇燃料电池电极材料研究进展

介绍了直接甲醇燃料电池(DMFC)的工作原理、电极材料研究现状和存在的问题.综述了DMFC电催化剂最新研究进展,对贵金属基合金特别是Pt-Sn电催化剂等作了评述,指出了电催化剂研究面临的问题.     

直接甲醇燃料电池中碳载Pt-TiO2阳极复合催化剂的研究

首次报道了通过化学还原和溶胶?凝胶法制备了直接甲醇燃料电池（DMFC）中Pt-TiO2/C阳极复合催化剂对甲醇氧化呈现出了很好的电催化活性和稳定性.研究了催化剂的组份和制备条件对催化剂性能的影响.这种催化剂有望能在DMFC实际使用.     

原子配比对PtMoNi/C催化剂性能的影响

采用浸渍还原法制备了PtMoNi/C(w=20%)直接甲醇燃料电池阳极催化剂;研究了不同原子配比对催化剂性能的影响;通过XRD催化剂的晶体结构进行了分析;用循环伏安曲线和阶跃电位曲线研究催化剂对CH3OH的电催化氧化.结果表明:当Pt:Mo:Ni为6:2:2时催化剂的催化氧化甲醇的性能最佳.     

碱性甲醇燃料电池阳极催化剂的研究进展

综述了直接碱性甲醇燃料电池阳极催化剂的研究进展.由于采用碱性电解质,甲醇电化学氧化催化剂的选择可不再受只有铂才会表现较高的电催化活性的限制.指出了研究比较多的非铂催化剂Au,Pd,Ni和钙钛矿型稀土氧化物的研究机理,为进一步发展新型催化剂提供了新方向.     

固相反应法制备的Pt/C催化剂对乙醇氧化的电催化活性研究

直接甲醇燃料电池（DMFC）由于具有燃料来源丰富、价格低廉、易于携带储存等优点,近年来一直是世界上许多国家研究和开发的热点[1].但是甲醇具有一定的毒性,因此要想实现DMFC在诸如手机、笔记本电脑以及电动车等可移动电源领域的应用,必须探索寻找新的液体燃料以替代有毒性的甲醇.其中乙醇很易从农作物中大量生产,又无毒,因此很有可能用作为替代甲醇作DMFC的燃料.乙醇的电催化氧化已被众多的研究者从电催化和乙醇燃料电池的角度进行了广泛研究[2-7].其中,对乙醇电催化氧化活性较好的有pt[2-4]、pt-Ru[6-7]、Pt-Pd[5]和Pt-Mo[7]等催化剂.我们研究组报道了用固相反应法制得的Pt催化剂对甲醇氧化的电催化活性要优于用常规液     

Pt粒子的粒径大小对甲醇电催化氧化性能的影响

Pt是直接甲醇质子交换膜燃料电池最有效的催化剂 ,由于Pt的价格昂贵 ,资源稀少 ,因此 ,目前的研究主要集中在如何提高催化剂的化活性 ,降低催化剂的载量[1] .从理论上讲 ,在指定反应物和催化剂物种的情况下 ,为了提高表观电流密度 ,必须增加催化剂的比表面积 ,即要减小Pt粒子的大小 ,因此 ,以前的研究认为Pt粒子越小 ,催化剂表面积越大 ,催化剂拥有更多的活性中心 ,应该对甲醇的电催化氧化有利[2 ] .然而 ,Frelink等人[2 ] 研究不同粒径大小的Pt/C催化剂对甲醇的电催化氧化活性时发现 ,在 1～ 4 5nm范围内 ,随着Pt粒子粒径的增加 ,Pt/C…     

Bi掺杂的直接甲醇燃料电池阳极催化剂研究进展

发展可替代能源对缓解全球能源问题具有重要意义。直接甲醇燃料电池(direct methanol fuel cell,DMFC) 因其工作温度低、能量密度高以及污染物排放少等特性,正逐渐成为最有发展前景的便携式能源技术之一。目前,其商业化进程主要取决于甲醇氧化反应(methanol oxidation reaction,MOR) 的动力学快慢、催化剂的成本和寿命。Bi元素的掺杂可以极大地提高甲醇电催化氧化的性能,并且可以提高阳极催化剂抵抗CO中毒的能力。介绍了掺杂Bi的贵金属和非贵金属阳极电催化剂,以及贵金属掺杂Bi₂O₃、Bi₂WO₆ 等光辅助电催化剂;综述了它们提高甲醇电催化氧化性能的机制,并展望了阳极Bi电催化剂在DMFC中所面临的机遇和挑战。     

预沉淀法制备直接甲醇燃料电池的Pt-Fe/C阴极催化剂

用预沉淀法制备了炭载Pt—Fe（Pt—Fe／C）和炭载Pt（Pt／C）催化剂．发现Pt—Fe／C催化剂对氧还原的电催化活性比Pt／C催化剂高，但对甲醇氧化的电催化活性比Pt／C催化剂差．即使在电解液中有甲醇存在时，Pt—Fe／C催化剂对氧还原的电催化活性仍比Pt／C催化剂高．所以，Pt—Fe／C催化剂适合于用作直接甲醇燃料电池（DMFC）中的阴极催化剂．     

以多聚甲醛为还原剂用液相还原法制备碳载铂催化剂

以多聚甲醛为还原剂用液相还原法制备了直接甲醇燃料电池（DMFC）用的碳载Pt（Pt/C）催化剂.结果表明,由于制得的催化剂中Pt晶粒的平均粒径小,结晶度低,因此对甲醇氧化的电催化性能优于商品化的E-TEK公司的Pt/C（Pt/C-E）催化剂和以甲醇为还原剂制得的P/C（Pt/C-M）催化剂.     

PtSn/MWCNTs纳米催化剂的制备及其对甲醇的电催化氧化

以乙二醇和甲酸钠为还原剂，用间歇式微波加热法快速制备了担载在多壁碳纳米管上的直接甲醇燃料电池阳极催化剂PtSn/MWCNTs.透射电镜（TEM）和X-射线衍射（XRD）测试结果表明，PtSn粒子在MWCNTs上高度分散，平均粒径约为3.2 nm.循环伏安和计时电流实验表明，PtSn/MWCNTs电催化剂较之Pt/MWCNTs有更好的对甲醇氧化催化活性和更强的抗毒化能力.     

Pt掺杂纳米Ni-Pt/C的制备及其电催化氧化甲醇性能

采用溶胶凝胶法制备了用于阴离子膜直接甲醇燃料电池阳极的Ni基双金属Ni-Pt/C催化剂(Pt的质量分数为5%),采用循环伏安法测试了催化剂电催化氧化甲醇的活性,并用XRD、TEM和XPS表征了金属粒子的微观形貌、晶型、表面元素,以考察催化剂制备过程中还原剂用量等工艺条件对纳米金属微观形貌及甲醇电氧化性能的影响。结果表明,所制得的Ni-Pt金属粒子直径为4~6 nm,属面心立方(fcc)晶型,粒子表面的Pt、Ni原子数比高于其内部;随着还原剂用量的增加和煅烧温度提高,催化剂活性呈先增高后降低的变化趋势,最佳还原剂用量为理论值的1.2倍,最佳煅烧温度为400℃,Ni、Pt前驱体同时加入制得的合金型Ni-Pt催化活性最高。     

碳载Pt-TiO2阳极催化剂对甲醇氧化的电催化活性和稳定性

近年来,直接甲醇燃料电池（DMFC）由于使用液体燃料而越来越受到重视,但目前DMFC存在的一个普遍的问题是常用的Pt阳极催化剂易被甲醇氧化的中间产物所毒化.因此,一些研究者研究了能抗甲醇氧化的中间产物毒化的Pt二元合金或Pt和过渡金属氧化物复合催化剂,如Pt-Ru[1]、Pt-Sn[2]、Pt-WOx[3]等.考虑至TiO2在酸性溶液中的稳定性,Hamnett研究组[4]和我们研究组[5]发现pt-TiO2/Ti复合电极对甲醇氧化有很好的电催化活性和抗中毒的能力.本文报道了制备能在DMFC中实际使用的碳载Pt-TiO2催化剂（Pt-TiO2/C）的方法和比较了Pt-TiO2/C和Pt/C电极对甲醇氧化的电催化活性和稳定性.用固相法制备含Pt20％的Pt/C催化剂[6],将制得的pt/C催化剂和Ti（OBu）4按摩尔比1:1的比例悬浮在乙醇中,超声波震荡并加水,使Ti（OBu）4完全水解成TiO2,并均匀沉积到Pt/C催化剂上,洗涤,真空干燥,500℃热处理     

PtPb/HCSs催化剂制备及电催化氧化甲醇研究

以二氧化硅微球作模板,葡萄糖为碳源,通过水热法成功合成粒径均一、尺寸较小的碳空心球(HCSs),并以此为载体合成碳空心球载铂铅纳米微粒复合催化剂(PtPb/HCSs),在1 mol.L-1CH3OH+0.5mol.L-1H2SO4混合溶液中考察了PtPb/HCSs催化剂对甲醇的电催化氧化性能。样品的成份、结构和形貌分别用SEM、TEM、XRD和EDS进行表征。循环伏安(CV)及计时电流法实验表明碳空心球载铂铅催化剂对于甲醇氧化具有良好的电催化活性及稳定性。PtPb/HCSs电极优异的催化性能归因于碳空心球的高比表面积以及Pb的协同作用,是一种优良的直接甲醇燃料电池(DMFC)阳极材料。     

直接甲醇燃料电池测试系统的搭建与调试

为了系统研究直接甲醇燃料电池的电性能,以及电池的传热传质现象、气液两相流规律,设计并搭建了用于测试液态进料直接甲醇燃料电池的实验系统。文中简要介绍整个实验系统,并详尽给出实验系统的调试方法。整个实验系统可根据要求调整工况,可配合可视化系统对不同工况下直接甲醇燃料电池的气液两相流进行研究。     

Mo—Ce／Sio2催化剂上甲醇氧化制甲醛的动力学与机理

用玻璃外循环无梯度反应器研究了Mo-Ce/SiO_2催化剂的甲醇氧化制甲醛的动力学。吡啶吸附的红外光谱鉴别出催化剂Lewis酸的存在。红外光谱证实甲醇在催化剂上发生化学吸附。用脉冲色谱法测定了甲醇及甲醛的吸附热。随着甲醛分压的增加,甲醇氧化制甲醛的速度随之减小。进行了催化剂被甲醇还原及还原催化剂用O_2再氧化的脉冲实验。甲醇氧化的动力学服从甲醇及甲醛吸附的Redox机理方程。     

酞菁铁的模板合成及其对氧还原的电催化性能

针对直接甲醇燃料电池阴极常用的铂基催化剂易中毒、选择性差等问题,以Fe2＋为模板剂控制合成了酞菁铁配合物催化剂.红外光谱测试表明,Fe2＋与酞菁中的N形成了配键.研究结果表明,随着温度的升高,酞菁铁对氧还原反应的电催化活性逐渐增强,且对甲醇氧化反应无催化活性,证明酞菁铁具有较好的催化选择性.