PDF《碳载体对 PtRu/C 催化剂性能的影响研究》

第3卷第3期2008 年3月209 中国科技论文在线 SCIENCEPAPER ONLINE 碳载体对 PtRu/C 催化剂性能的影响研究 朱静,赵建智,苏怡,马华,程方益,陶占良,陈军(南开大学化学学院新能源材料化学研究所,天津 300071) 摘要:本文采用水热方法合成不同粒径和形貌的碳球,并将其作为载体,采用化学镀的方法制备 PtRu/C 催 化剂;

应用 XRD、SEM 和TEM 对碳球及催化剂的结构和形貌进行表征.

采用电化学方法测试不同形貌碳球 的比表面积以及碳球担载催化剂的催化活性,结果表明,水热反应条件对碳球的粒径及形貌影响显著,三种碳 球担载催化剂的活性按照以下顺序衰减:多孔的粒径约为

100 nm 的碳球担载 PtRu 催化剂优于连体碳球优于 直径约

500 nm 的单分散碳球担载催化剂.TEM 分析结果表明,在碳球表面化学镀的 PtRu 纳米颗粒均匀分散 在碳载体表面,其平均粒径约为

3 nm.电化学测试表明粒径为

100 nm 的多孔碳球的电化学比表面积较大,以 这种碳球为载体的 PtRu/C 催化剂对甲醇氧化的催化性能较高. 关键词:物理化学;

燃料电池;

水热;

碳球;

化学镀;

PtRu/C 催化剂 中图分类号:TM911.4 文献标识码:A 文章编号:1673-7180(2008)03-0209-5 Effects of the morphology and structure of carbon spheres on the performance of PtRu/C catalysts for methanol oxidation ZHU Jing,ZHAO Jianzhi,SU Yi,MA Hua,CHENG Fangyi,TAO Zhanliang,CHEN Jun ( Institute of New Energy Material Chemistry, Nankai University, Tianjin

300071 ) Abstract: Three kinds of carbon materials synthesized by a hydrothermal method with different diameters and morphologies are selected as the support of PtRu catalysts for direct methanol fuel cells (DMFC). The structure and morphology of the carbon supports and the catalysts are characterized by XRD, SEM and TEM. The specific surface areas of the carbon nanospheres and the electro-catalytic activity of the catalysts supported on different carbon nano/microspheres are evaluated by electrochemical measurements. The results show that the activity of the three different catalysts follow the descending order: carbon nanospheres with the diameter of

100 nm, siamesed carbon spheres with the diameter of

200 nm (for each sphere), carbon microspheres with the diameter of

500 nm, agreed with their sequence of the specific surface areas and the electronic conductivity. The results display that relative high specific surface areas of carbon nanospheres led to a high activity for methanol oxidation. Key words: physical chemistry;

fuel cells;

hydrothermal method;

carbon spheres;

electroless deposition;

PtRu/C catalysts 基金项目:高等学校博士学科点专项科研基金项目(0040055007);

863 计划(2007AA05Z124);

天津国际科技合作项目 (07ZCGHHZ00700) 作者简介:朱静(1979- ),女,博士研究生 通信联系人:陈军,教授, [email protected] 第3卷第3期2008 年3月210

0 引言 直接甲醇燃料电池(DMFC)是一种直接以液体 甲醇作为燃料的低温燃料电池,其水溶液易于携带 和储存,无需中间转化装置,系统结构简单,具有 能量转换密度高、环境污染小、燃料来源广泛、价 格低廉等特点,可广泛适用于便携式和家用电子设 备[1] . 因此, 近年来直接甲醇燃料电池的发展受到世 界各国的广泛重视,直接甲醇燃料的研究也取得了 显著的成就.但是,甲醇阳极氧化的反应活性较低, 高昂的贵金属催化剂成本仍然制约着 DMFC 的商业 化发展[2] . 电催化剂具有加速电极反应和抑制副反应 的作用,是提高 DMFC 能量输出效率、降低电池成 本的关键.因此,提高催化剂的催化活性、有效利 用率和抗 CO 中毒能力仍然是当前直接甲醇燃料电 池领域的研究热点之一[3] .目前,DMFC 所用的电 催化剂仍然以 Pt 为主要成分,它对电极反应具有良 好的催化作用,但是甲醇氧化的中间体对阳极催化 剂有毒化作用,为了提高催化剂的氧化活性,在Pt 基催化剂中添加助催化成分如 Ru、Sn、Co 和Ni 等[4~8] .在众多的研究体系中,PtRu 对甲醇的氧化表现 出优越的性能[9] . 载体的性质对催化剂的性能有显著的影响,国 内外也有一些相关的报道.为提高贵金属的利用率, Pt 基催化剂的颗粒被担载在导电性良好的碳材料表 面.本论文采用水热的方法制备了不同形貌和粒径 的碳球,采用化学镀的方法将 PtRu 催化剂担载在碳 球表面,并进一步研究了不同粒径碳球担载的 PtRu 催化剂对甲醇氧化的催化活性.结果表明,粒径为