本文關(guān)鍵詞：三氧化鎢載鉑催化劑的制備及其對(duì)甲醇氧化的電催化性能研究

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【摘要】：三氧化鎢以其特殊的物化性質(zhì)和在酸性溶液中穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)被認(rèn)為是一種優(yōu)良的燃料電池催化劑載體。Pt/WO3對(duì)甲醇和甲酸等有機(jī)小分子都表現(xiàn)出很好的電催化氧化活性。而WO3用作為載體時(shí),由于自身的導(dǎo)電性能較差和比表面積較小使得其在直接甲醇燃料電池中不能廣泛的應(yīng)用。本文從增大WO3比表面積和導(dǎo)電性能出發(fā),來(lái)提高催化劑的活性和降低催化劑的成本。分別采用噴霧干燥法、水熱法、原位還原法成功制備了三種不同形貌和結(jié)構(gòu)的WO3,采用硼氫化鈉還原法負(fù)載活性成分Pt制備三種Pt/WO3催化劑。通過(guò)XRD、XPS、SEM、TEM和EDS等對(duì)催化劑的結(jié)構(gòu)和形貌進(jìn)行表征,并用循環(huán)伏安和計(jì)時(shí)電流等電化學(xué)測(cè)試方法研究催化劑對(duì)甲醇氧化的電催化性能。(1)通過(guò)噴霧干燥法制備了比表面積為28 m2/g的中空介孔結(jié)構(gòu)的三氧化鎢微球(HMTTS),然后負(fù)載活性成分Pt。表征結(jié)果顯示:5 nm的Pt粒子均勻的分散在其表面。循環(huán)伏安的測(cè)試結(jié)果顯示:Pt/HMTTS對(duì)應(yīng)的甲醇第一次氧化的峰電流密度為230m A·mg-1,比Pt/C(160 m A·mg-1)和Pt/WO3(80.7 m A·mg-1)的都要高,對(duì)甲醇氧化表現(xiàn)出更強(qiáng)的催化活性;線性掃描伏安結(jié)果顯示Pt/HMTTS對(duì)甲醇氧化的起始電位比Pt/C和Pt/WO3低,甲醇氧化反應(yīng)的活化能更低,反應(yīng)更易進(jìn)行;為時(shí)100 min的計(jì)時(shí)電流測(cè)試結(jié)果表明:Pt/HMTTS催化劑的電流密度始終比Pt/C和Pt/WO3大,這表明HMTTS作為載體能有效提高Pt對(duì)甲醇在陽(yáng)極氧化時(shí)的抗中毒性和穩(wěn)定性。(2)通過(guò)水熱法和犧牲模板法相結(jié)合來(lái)制備中空樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu)的三氧化鎢(b-WO3),在其表面進(jìn)一步負(fù)載活性成分Pt,得到納米級(jí)Pt/b-WO3。結(jié)果表明b-WO3具有長(zhǎng)6 um和寬2 um的中空樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu),比表面積為24 m2/g,孔徑分布主要集中在20-120 nm,Pt粒子的平均粒徑為7.2 nm,均勻分散在三氧化鎢的表面。采用循環(huán)伏安和計(jì)時(shí)電流法研究了在酸性溶液中Pt/b-WO3催化劑對(duì)甲醇的電催化氧化性能,結(jié)果表明Pt/b-WO3催化劑比Pt/C和Pt/WO3催化劑對(duì)甲醇氧化呈現(xiàn)出更高的電催化氧化活性和穩(wěn)定性。b-WO3特有的中空介孔結(jié)構(gòu)以及雙功能作用機(jī)理促進(jìn)了甲醇在鉑表面的氧化脫氫過(guò)程的發(fā)生。(3)采用原位還原技術(shù)制備平均直徑為3 um的具有核殼結(jié)構(gòu)的WO2/WO3微球,負(fù)載Pt制備Pt-WO2/WO3催化劑,平均粒徑為4-5 nm的Pt納米粒子均勻分布在其表面。結(jié)果表明Pt-WO2/WO3的峰電流密度(694 m A·mg-1 Pt)分別是Pt/C(298 m A·mg-1 Pt)和Pt/WO3(230 m A·mg-1 Pt)的2.3倍和3.0倍。此外,Pt-WO2/WO3催化劑的If/Ib的數(shù)值(1.04)比Pt/C(0.72)和Pt/h-WO3(0.86)更高,說(shuō)明Pt-WO2/WO3對(duì)甲醇電氧化過(guò)程中類CO中間產(chǎn)物具有更強(qiáng)的氧化性能。在0.7 V電壓下,100 min的計(jì)時(shí)電流曲線可以進(jìn)一步確定Pt-WO2/WO3催化劑具有更高的穩(wěn)定性。導(dǎo)電性能WO2的修飾作用以及氫溢流效應(yīng)和雙功能機(jī)理,Pt-WO2/WO3催化劑對(duì)甲醇電催化氧化表現(xiàn)出很好的活性。
【學(xué)位授予單位】：江西理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：O643.36;TM911.4

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本文編號(hào)：1207804