TiO2/C负载铂催化剂的制备及其阴极氧还原催化性能研究
目前，碳载铂或铂基合金催化剂仍是最好的阴极ORR催化剂，但其成本昂贵、C载体易被腐蚀和甲醇毒性的缺点限制了其商业化应用。因此设计高稳定性的阴极催化剂载体是近来燃料电池研究的重点。与纯碳载体相比，TiO2由于较高的化学稳定性作为燃料电池载体乃至助催化剂具有潜在的应用价值。 首先，本文讨论了不同负载方法合成 TiO2/C载体材料，并系统的考察了温度、Pt含量、Pt还原方法、pH值对催化活性的影响，通过线性扫描伏安法（LSV）对材料的ORR性能进行了研究。结果显示以原位生成TiO2的方法合成TiO2/C为载体，经过550℃煅烧2 h，在pH=6.2下通过光还原法合成的20％Pt/TiO2/C具有最佳活性。采用TEM、XRD、TG-DTA、XRF以及XPS等分析手段对Pt/TiO2/C复合材料的结构和组成进行了表征，负载的Pt基本上全部在锐钛矿TiO2上，且纳米颗粒分散均匀，平均粒径为3~4 nm。TiO2的加入并没有影响催化剂的催化活性，主要是由于部分 C掺杂在TiO2中增加了导电性能。计时电流法（CA）测试显示了材料具有比商业Pt/C更高的稳定性能、耐甲醇性能。氧还原反应动力学研究表明该催化剂的ORR反应为4电子转移历程，与Pt/C反应机理相似。 其次，本文以TiO2为重要成分，以纤维状的PANI为C-N前驱体并作为TiO2的模板，采用水热法合成了 TiO2/PANI。然后系统的考察了不同酸和碱表面处理对催化活性的影响，并合成了不同Pt比例的Pt/TiO2/C-N催化剂。表征结果表明，在Ar中800℃热解后，PANI被碳化，棒状TiO2为金红石相，N掺杂在C的骨架中。CA测试显示，催化剂Pt/TiO2/C-N与商业Pt/C相比，具有更高的稳定性能。反应动力学结果表明该ORR反应的转移电子数为4，与Pt/C的反应机理相似。 Pt/TiO2/C催化剂的高稳定性主要归结于两个方面：1）TiO2固有的化学稳定性；2）在“C-TiO2”以及“TiO2-Pt”存在强相互作用。因此TiO2/C是一种很有潜力的载体材料。
燃料电池;氧还原反应;光还原法;铂催化剂
华中科技大学
硕士
物理化学
李涛;王靖宇
2015
中文
TM911.4;O643.36
71
2016-05-04（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）