《高性能Pt-PbO2納米電催化劑的製備及其套用基礎研究》是依託華僑大學，由楊衛華擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：高性能Pt-PbO2納米電催化劑的製備及其套用基礎研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：楊衛華
- 依託單位：華僑大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目擬利用PbO2良好的導電性、在低電位下易產生oOH自由基及較強的耐蝕性，製備具有高活性、高穩定性的納米結構Pt-PbO2複合電催化劑，從而提高鉑基電催化劑對乙醇等多碳鏈小分子電氧化的選擇性和效率；運用TEM、HRTEM、SEM、XPS、AES、XRD等方法分析Pt-PbO2納米電催化劑的形貌、表面價態和結構特徵；以乙醇電氧化為探針反應，採用電化學原位紅外光譜(Electrochemical in situ FTIRS)等技術從微觀層次和分子水平認識乙醇在Pt-PbO2納米催化劑表面的電氧化過程，尤其是C-C鍵的斷裂過程，探討該催化劑的組成和結構對其催化活性、機理和途徑的影響規律；進一步採用燃料電池測試系統考察碳載Pt-PbO2納米電催化劑作為陽極的單電池性能。本項目不僅具有重要的基礎理論研究價值，還有望為直接乙醇燃料電池研製出性能優良的新型電催化劑。
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結題摘要
對乙醇、乙二醇等有機小分子具有良好電催化活性的Pt基複合催化劑的研究對燃料電池的實際套用具有重要意義。本項目研究主要探索如何提高燃料電池中Pt基催化劑的電催化性能，在研究中將首次製得的5 nm以下粒徑分布均勻的PbO2膠體修飾nm-Pt或商業Pt黑，製備了具有高活性、高穩定性的納米結構Pt-PbOx NC/Pt black-PbO2複合電催化劑，運用TEM、HRTEM、XPS、XRD、ICP等方法表征其形貌和結構特徵，並運用電化學原位紅外光譜、循環伏安、計時電流等方法系統研究了鹼性介質中所合成催化劑對乙醇、乙二醇的電催化活性、穩定性以及氧化過程等。通過研究發現，PbOx的引入可改變Pt的電子環境，使其電子結合能一般負移0.3 eV；由於PbOx的電子效應和協同作用機制，複合電催化劑對乙醇和乙二醇具有良好的電催化活性和催化穩定性，例如，乙醇在Pt-PbOx NC上的質量峰電流密度是商業Pt黑的2.6倍，而在較長時間的計時電流實驗中(2 h)，該比值為27.3。另外，由於PbOx良好的協同效應，所合成催化劑對乙醇C-C鍵的斷裂有較強的促進作用，在-0.1 V時，Pt-PbOx NC催化劑對乙醇分子的C-C鍵斷鍵能力是nm-Pt的5.17倍；複合催化劑還顯著影響乙二醇的氧化過程和供電子能力，電化學原位紅外光譜結果表明，乙二醇在複合催化劑上的主要氧化產物為草酸根，其供電子能力約為商業Pt黑的1.22倍。本項目研究既有重要的基礎理論研究意義，也具有一定的實際套用價值，為直接乙醇燃料電池研製出了性能優良的新型電催化劑。今後，本項目組將繼續探索三元複合催化劑的製備和催化性能研究，相關工作現在已陸續展開。
