一种新型直接甲醇燃料电池阳极添加剂的电化学研究

将磷钼酸(H₄PMo₁₂O₄₀·xH₂O,PMo₁₂)作为一种添加剂,制备了直接甲醇燃料电池阳极Pt-Ru/C-PMo₁₂复合催化剂,并对甲醇在含有此复合催化剂的阳极上的氧化进行了电化学研究.测试表明该添加剂降低了甲醇及其电氧化中间产物转化的活化能,改善了电极内部的质子传输状况,对甲醇的电化学氧化过程具有明显的促进作用,该复合催化剂与常规的Pt-Ru/C催化剂相比,甲醇的阳极氧化电流提高了46%.添加剂的这一效应可能与磷钼酸的Keggin结构有关.     

柔性Pd@PANI/rGO纸阳极在甲醇燃料电池中的应用

利用脉冲电压法在自组装制得的柔性石墨烯纸表面聚合聚苯胺,以该复合材料作为甲醇燃料电池的阳极电极基体,采用循环伏安法在其表面电沉积纳米Pd制备出无需外加粘接和支撑的催化电极。通过扫描电子显微镜、X射线光电子能谱和红外光谱分析该材料的表面形貌和化学组成,并通过电化学测试该电极在甲醇氧化过程中的催化性能。结果表明,该阳极材料柔韧性好,原料利用率高,聚苯胺在石墨烯纸表面分散良好,形貌均一,聚苯胺的存在提高了催化剂的催化效率,使得甲醇的氧化峰电流密度从3 mA·mg~(-1)提高到67 mA·mg~(-1),且延长了催化剂的使用寿命,正向与反向扫描的阳极峰值电流密度的比值(jf/jb值)达到5.7。     

Ru,Sn和Co促进的Pt/C催化剂电催化氧化甲醇的性能

 采用溶胶法制备了用于阴离子膜直接甲醇燃料电池的Pt-M/C(M=Ru, Sn和Co)阳极电催化剂,并用X射线衍射和X射线能谱技术对催化剂进行了表征. 结果表明,制备的Pt-M合金颗粒分布均匀,粒径为2～6 nm, 其组成与前驱体中相应金属的原子比基本吻合. 用循环伏安法测定了催化剂在不同碱性条件下的活性. 结果显示,随着碱性的增加,甲醇的起始氧化电位降低,峰电流和催化剂的活性增大; 相同碱强度下催化剂活性顺序为Pt50Ru50/C>Pt50Sn50/C>Pt75Co25/C, 添加Ru可明显提高Pt/C催化剂的活性. Pt50Ru50/C在1.0 mol/L NaOH+1.0 mol/L CH3OH溶液中的峰电流密度可达634.7 mA/mg.     

Ni@MWCNTs催化阳极的制备及在直接尿素(尿液)燃料电池中的应用

在表面自吸附多壁碳纳米管(MWCNTs)的废弃面膜布上电沉积镍(Ni)制备得到成本低廉、结构疏松的柔性Ni@MWCNTs电极.利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪及电感耦合等离子体质谱仪对电极的微观形貌、元素分布、晶体结构和催化剂含量进行表征.采用循环伏安法、计时电流法和交流阻抗法研究了Ni@MWCNTs的单电极催化性能和全电池输出性能.结果显示,尿素电氧化反应可能产生强吸附性的中间产物,当KOH的浓度为3.0 mol/L时,氧化峰电流密度达到最高值(18.7 mA·mg~(-1)·cm~(-2));以Ni@MWCNTs电极为负极的直接尿素燃料电池的开路电压高达0.87 V,峰功率密度为1.74 m W/cm~2.当以人类尿液为燃料时,增大燃料的pH值,能大幅提升直接尿液燃料电池的性能.     

甲醇氧化PtSnCo/C阳极催化剂

通过乙二醇液相分步还原法制备了金属质量分数为20%的PtSn/C二元及PtSnCo/C三元催化剂.采用X射线衍射(XRD)光谱法、能量散射谱(EDS)对催化剂进行了表征;通过阳极线性伏安扫描法(LSV)、连续循环伏安法(CV)、预吸附单层CO溶出法研究了其电化学性质.结果表明,PtSnCo/C三元催化剂较商业化JM-PtRu/C催化剂具有更好的氧化甲醇催化活性.循环伏安扫描100圈后发现,PtSn/C二元催化剂的甲醇氧化峰电流快速衰减到其初始氧化峰电流的11%左右,而PtSnCo/C三元催化剂仅衰减到其初始值的50%左右,这表明PtSnCo/C三元催化剂具有更好的化学稳定性.在PtSnCo/C催化剂上,甲醇氧化起始电位比直接吸附CO后的CO阳极溶出电位负,意味着甲醇在PtSnCo/C催化剂上氧化的中间产物不是CO,而是比CO更为活泼且易于氧化的中间物种.     

具有高活性和突出的抗中毒性能的Pt修饰Ru/C催化剂的制备和表征(英文)

采用两步浸渍-还原法制备了一种具有高Pt利用效率,高性能的Pt修饰的Ru/C催化剂(Ru@Pt/C).对于甲醇的阳极氧化反应,该催化剂的单位质量铂的催化活性分别为Pt/C、自制PtRu/C和商业JMPtRu/C催化剂的1.9、1.5和1.4倍;其电化学活性比表面积分别为Pt/C和自制PtRu/C的1.6和1.3倍.尤为重要的是该催化剂对甲醇氧化中间体具有很好的去除能力,其正向扫描的氧化峰的峰电流密度(If)与反向扫描氧化峰的峰电流密度(Ib)之比可高达2.4,为Pt/C催化剂的If/Ib的2.7倍,表明催化剂具有很好的抗甲醇氧化中间体毒化的能力.另外,Ru@Pt/C催化剂的稳定性也高于Pt/C、自制PtRu/C和商业JMPtRu/C催化剂的稳定性.采用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)和X射线光电子能谱(XPS)对催化剂进行了表征,Pt在Ru表面的包覆结构得到了印证.Ru@Pt/C的高铂利用效率、高性能和高抗毒能力使其有望成为一种理想的直接甲醇燃料电池电催化剂.     

钕修饰载体的PtRu/Nd/C薄膜结构及电催化性能

采用离子束多靶溅射沉积技术(IBS),在Nd修饰的碳载体上制备了PtRu/Nd/C纳米合金薄膜作为直接甲醇燃料电池(DMFC)阳极催化剂,并对PtRu/Nd/C薄膜催化剂进行了不同条件的氧化处理.应用XRD,XPS,AFM等分析手段研究了薄膜表面的成分、化学状态、结构及表面形貌,并用循环伏安法(CV)测试了薄膜催化剂对甲醇的催化氧化性能.结果表明,由于溅射产生的Pt+,Ru+和稀土Nd膜层之间的相互作用,使PtRu/Nd薄膜的表面形貌发生粗化并抑制了PtRu薄膜表层的择优生长,增大了PtRu/Nd/C薄膜催化剂的电化学比表面积,催化活性明显提高;经氧化处理后,PtRu/Nd/C催化剂表面RuO2物种数量增加,进一步提高了催化剂对甲醇的催化性能,特别是PtRu/Nd/C薄膜催化剂经40min的氧化处理后,出现异常的电流峰.     

直接甲醇燃料电池阳极催化剂的新体系: 纳米TiO2-CNT-PtNi复合纳米催化剂

采用电合成前驱体Ti(OEt)₄直接水解法和电化学扫描电沉积法制备纳米TiO₂-CNT-PtNi复合纳米催化剂. 透射电镜(TEM)和X射线衍射(XRD)测试结果表明, 纳米PtNi合金粒子(平均粒径8 nm)均匀地分散在纳米TiO₂-CNT复合膜的三维网络结构中. 通过暂态电化学方法研究表明, 复合纳米催化剂的电化学活性比表面积为90 m²/g, 对甲醇氧化具有很高的电催化活性和稳定性, 常温常压下甲醇氧化峰电位为0.67和0.44 V, 当温度为60 ℃时, 氧化峰电位负移至0.64和0.30 V, 氧化峰电流密度高达1.38 A/cm². 复合纳米催化剂对甲醇电氧化的高催化活性和稳定性可归因于多元复合纳米组分的协同催化作用, 这种作用导致CO在复合纳米催化剂上的弱吸附, 从而避免了催化剂的中毒.     

棒状CeO_2负载Pt催化剂的合成及其电化学性能研究

通过水热法合成棒状纳米Ce O2(Ce O2-R),并将Pt纳米颗粒负载于Ce O2表面,制得甲醇燃料电池的阳极催化剂Pt/Ce O2-R.通过结构与形貌表征,结果表明,Pt/Ce O2-R中Ce O2的暴露晶面为(111)和(002)晶面,改变了Pt周围的电子结构,进而降低了Pt-COads的键能,释放出更多的活性位.另外,Pt纳米颗粒在Ce O2-R表面分散更均匀.利用电化学工作站测试阳极催化剂Pt/Ce O2-R在酸性溶液中的电化学性能,证明Pt/Ce O2-R催化剂的甲醇电氧化性能与抗CO毒害能力较颗粒状Ce O2负载Pt催化剂(Pt/Ce O2-P)都有很大的提高,证明Ce O2-R作为Pt纳米颗粒的载体用于直接甲醇燃料电池的阳极反应具有发展潜力.     

直接甲醇燃料电池阳极催化剂的新体系: 纳米TiO2-CNT-PtNi复合纳米催化剂

采用电合成前驱体Ti(OEt)4直接水解法和电化学扫描电沉积法制备纳米TiO2-CNT-PtNi复合纳米催化剂.透射电镜(TEM)和X射线衍射(XRD)测试结果表明,纳米PtNi合金粒子(平均粒径8 nm)均匀地分散在纳米TiO2-CNT复合膜的三维网络结构中.通过暂态电化学方法研究表明,复合纳米催化剂的电化学活性比表面积为90 m2/g,对甲醇氧化具有很高的电催化活性和稳定性,常温常压下甲醇氧化峰电位为0.67和0.44 V,当温度为60℃时,氧化峰电位负移至0.64和0.30V,氧化峰电流密度高达1.38Mcm2.复合纳米催化剂对甲醇电氧化的高催化活性和稳定性可归因于多元复合纳米组分的协同催化作用,这种作用导致CO在复合纳米催化剂上的弱吸附,从而避免了催化剂的中毒.     

YSZ传导膜H_2S固体氧化物燃料电池

研究了Y2O3稳定的ZrO2(YSZ)氧离子传导膜H2S固体氧化物燃料电池性能。掺杂NiS、电解质、Ag粉和淀粉制备了双金属复合MoS2阳极催化剂,掺杂电解质、Ag粉和淀粉制备了复合NiO阴极催化剂,用扫描电镜对YSZ和膜电极组装(MEA)进行了表征,比较了不同电极催化剂的性能和极化过程,考察了不同温度对电池性能的影响。结果表明,双金属复合MoS2/NiS阳极催化剂在H2S环境下比Pt和单金属MoS2催化剂稳定,复合NiO阴极催化剂比Pt性能好,在电极催化剂中加入Ag可显著提高电极的导电性;与Pt电极相比,复合MoS2阳极和复合NiO阴极催化剂的过电位较小,阳极的极化比阴极侧小;温度升高,电池的电流密度与功率密度增加,电化学性能变好。在750℃、800℃、850℃和900℃及101.13 kPa时,结构为H2S、(复合MoS2阳极催化剂)/YSZ氧离子传导膜/(复合NiO阴极催化剂)、空气的燃料电池最大功率密度分别为30 mW/cm2、70 mW/cm2、155 mW/cm2及295 mW/cm2、最大电流密度分别为120 mA/cm2、240 mA/cm2、560 mA/cm2和890 mA/cm2。     

铂微粒修饰的氧化钛电极对甲醇的电催化氧化性能

直接甲醇质子交换膜燃料电池(DMPEMFC)可用作未来电动车辆的动力电源,但要达到实际应用还有大量问题有待进一步解决.目前限制DMPEMFC实际应用的主要问题是甲醇阳极氧化催化剂低的活性、高的价格及催化剂的毒化.     

新型碳纤维负载直接乙醇燃料电池Pt-SnO_2阳极催化剂的性能研究

采用静电纺丝技术制备了碳纤维基纳米Pt-SnO2阳极催化剂(Pt/Sn原子比为3)。通过X射线衍射(XRD)、红外光谱(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)等技术对该催化剂进行了表征,并采用循环伏安法对其在乙醇燃料电池中的阳极催化活性进行了评价。结果表明,纳米Pt-SnO2催化剂均匀地分散在碳纤维骨架上;随着烧结温度的升高,碳纤维载体的致密度越高、导电性能越好。电催化性能测试表明,烧结温度为800℃时催化剂的峰电流密度最大,达到0.11 A/cm2,抗中毒能力也最强。单电池的发电性能表明,在一定的乙醇浓度下,1.0 mL/min进样流速具有最优的发电效率。     

以甲醇为燃料的中温固体氧化物燃料电池性能研究

制备了阳极负载型LDC-LSGM双层电解质薄膜电池.考察了单电池在分别使用甲醇和氢气两种燃料时,不同温度下的I～V性能.以甲醇为燃料,以空气为氧化剂时,800℃下的最大输出功率密度为1.07W/cm²,而使用氢气为燃料时,最大输出功率密度为1.54W/cm².通过交流阻抗研究了造成甲醇性能降低的可能原因.结果表明,以甲醇作为燃料时,单电池性能较氢气作为燃料时低.     

Electrochemical CO2 Reduction Using Gas Diffusion Electrode Containing Cu Catalyst Supported on Various Metal Oxides

Gas diffusion electrodes for electrochemical reduction of carbon dioxide were prepared and their electrocatalylic activities were investigated using KOH aqueous solution as an electrolyte. Various metal oxides such as ZnO, ZrO₂, TiO₂,Al₂O₃, Nb₂O₅ were used as the support for Cu catalyst. The current density was amounted to 500 mA/cm², and reduction products significantly changed depending on the metal oxide supports.     

纳米颗粒结合ZIF-67衍生的PtCo-NC催化剂用于醇类燃料电氧化

Alcohols fuel electro-oxidation is significant to the development of direct alcohols fuel cells, that are considered as a promising power source for portable electronic devices. Currently, the catalyst was restricted by the serious poisoning effect and high cost of noble metals. Developing low-cost Pt alloy with high performance and anti-CO poisoning ability was highly desired. In this work, PtCo-NC catalyst was synthesized by combining Pt nanoparticles with ZIF-67 after annealing in the tube furnace and the in situ generated N-doped carbon from ZIF-67 was functionalized to support the PtCo alloy nanoparticle. The structure and morphology were probed by X-ray diffraction, scanning electron microscope and transmission electron microscope, and the electrochemical performance was evaluated for alcohols of methanol and ethanol oxidation in the acid electrolyte. Compared with the reference sample of Pt/C, several times performance enhancement for alcohols fuel oxidation was found on PtCo-NC catalyst as well as the good catalytic stability. Specifically, the peak current density of PtCo-NC was 79.61 mA∙cm⁻² for methanol oxidation, about 2.2 times higher than that of the Pt/C electrode (36.97 mA∙cm⁻²) and 2.5 times higher than that of the commercial Pt/C electrode (31.23 mA∙cm⁻²); it was 62.69 mA∙cm^–2 for ethanol oxidation, about 1.65 times higher than that of Pt/C catalyst (37.99 mA∙cm⁻²) and commercial Pt/C electrode (37.77 mA∙cm⁻²). These catalytic performances were also much higher than some analogous catalysts developed for alcohols fuel oxidation. A much higher anti-CO poisoning ability was demonstrated by the CO stripping voltammetry experiment, in which the CO_ad oxidation peak potential for PtCo-NC was 0.46 V, ca. 110 mV negative shift compared with Pt/C catalyst at 0.57 V. A strong electronic effect was indicated by the peak position shifting to the lower binding energy direction by 0.3 eV on PtCo-NC compared with Pt/C reference catalyst. According to the d-band center theory, the electron-enriched state of Pt will decrease the interaction strength of poisoning intermediates adsorbed on its surface; Moreover, according to the bifunctional catalytic mechanism, the presence of Co can form the adsorbed oxygen-containing species (―OH) more easily than Pt at low potentials, and this oxygen-species were helpful in the oxidation of CO_ad at neighboring Pt sites. The high catalytic performance for alcohols fuel oxidation could be due to the largely improved anti-CO poisoning ability and the synergistic effect between the in situ formed PtCo nanoparticles and the N-doped carbon support.     

金属钯插层类水滑石的制备及其电催化乙醇的性能研究

高性能的电催化剂对直接燃料电池的商业化应用有着至关重要的作用,目前的阳极材料还存在活性低、易中毒、成本高等问题。本研究以层状双氢氧化物(layered double hydroxides, LDHs)为载体通过浸渍法制备了新型纳米钯(Pd)催化剂,并通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜、电感耦合等离子体质谱仪、能谱仪、透射电子显微镜、循环伏安法测试、计时电流测试和电化学阻抗等方法对催化剂的结构和电催化性能进行了研究。结果表明,新制备的Pd/Mg-Al-LDHs仍然保持着LDHs的层状结构,循环伏安测试表明在碱性条件下,Pd/Mg-Al-LDHs比Pd/C有更好的电催化乙醇活性和抗中间产物中毒性能,且乙醇浓度、扫描速率和温度等因素对峰电流有着直接影响。计时电流测试表明在电催化乙醇的过程中Pd/Mg-Al-LDHs比Pd/C拥有更高的电催化活性和稳定性。电化学阻抗测试表明,Pd插层可显著改善Mg-Al-LDHs的导电性,并降低电催化过程中电荷转移阻力。     

CoSe2/C复合电催化材料修饰隔膜对高载量锂硫电池性能的影响

以具有菱形十二面体结构的ZIF-67为模板, 采用两步烧结法合成了CoSe₂/C复合材料, CoSe₂纳米颗粒直径约30 nm, 均匀分散在碳骨架上. 电化学测试结果表明, CoSe₂/C复合材料在放电过程中可以加快可溶性聚硫离子的还原反应动力学, 还能够促进不溶性Li₂S的沉积过程, 同时加速充电过程中Li₂S的氧化分解. 将CoSe₂/C作为电催化材料与碳材料混合后用于隔膜修饰, 修饰层面载量仅为0.15 mg/cm², 其中CoSe₂/C的质量分数仅占30%时, 电池依然表现出优异的电化学性能; 当硫载量为4.8 mg/cm²时, 在0.2C倍率下电池初始放电比容量为756 mA·h/g, 经过180次循环后, 容量依然能够维持715 mA·h/g, 每次衰减率仅为0.031%.     

铂/{还原氧化石墨烯/硅钨酸盐}_n复合物的制备及其电催化性能

利用层层自组装(LBL)结合原位光照还原法,制备了一系列{还原氧化石墨烯/多金属氧酸盐}n多层复合膜({rGO/POMs}_n),并以此作为载体,再通过恒电势法将Pt纳米粒子电沉积到复合膜载体上,得到一种P t/{rGO/SiW_(12)}_n燃料电池阳极纳米复合膜催化剂。用紫外可见分光光度计(UV-Vis)、原子力显微镜(AFM)以及扫描电子显微镜(SEM)等技术手段对载体复合多层膜的生长情况以及负载Pt纳米簇的表面形貌进行表征。结果表明,载体多层膜{rGO/SiW_(12)}_6被连续均匀地组装到了不同基底(氧化铟锡,ITO或玻碳,GC)表面且多层膜表面平整,在选定恒电势下,沉积于其表面的Pt纳米粒子具有花簇状形貌且分布均匀。比较研究了分别引入3种不同的多金属氧酸盐(硅钨酸盐SiW_(12),磷钼酸盐PMo_(12),磷钨酸盐PW_(12))制得的多层复合膜催化剂,即Pt/{rGO/SiW_(12)}_6、Pt/{rGO/PMo_(12)}_6和Pt/{rGO/PW_(12)}_6。电化学实验研究表明,在甲醇酸性溶液中,Pt/{rGO/SiW_(12)}_6复合膜相较于Pt/{rGO/PMo_(12)}_6、Pt/{rGO/PW_(12)}_6和Pt作为催化剂对甲醇氧化具有更好的电催化活性、电化学稳定性以及更优异的抗CO毒化性能,是一种颇有应用前景的燃料电池阳极催化剂。