基于电子与质子传导协同效应与平衡的金属氧化物改性直接甲醇燃料电池阳极催化剂的设计及其催化机理研究

本项目针对当前DMFC阳极催化剂存在的抗CO中毒能力差、成本高和稳定性差的三个关键问题，创新性地提出基于电子与质子传导协同效应与平衡的金属氧化物改性直接甲醇燃料电池阳极催化剂的设计及其催化机理研究。把具有良好电子和质子传导能力的RuO2-MOx纳米复合材料负载于优异导电性能的碳纳米管（CNTs）载体上，实现它们之间电子和质子传导的协同效应和平衡，提高电催化活性；同时RuO2-MOx为活性组分Pt 提供更多的成核中心，使Pt更加均匀地分散和负载，提高Pt的利用率；Pt与RuO2之间的配位效应、电子效应可提高催化剂的抗CO中毒能力；MnO2包覆的保护作用，可提高催化剂的稳定性。从电子和质子传导的协同效应与平衡来揭示直接甲醇燃料电池阳极催化剂对甲醇的电催化氧化机理，为燃料电池电催化发展提供理论指导，为催化剂的设计提供新思路。

本项目针对直接甲醇燃料电池（DMFC）阳极催化剂存在的活性较低、易中毒、成本高等问题，展开如下研究工作：.首先制备IrO2/CNTs载体，再负载Pt，制备Pt/IrO2/CNTs阳极催化剂。测试结果表明IrO2提高了催化剂中Pt的分散程度，提高了催化剂的抗CO中毒性能，降低了甲醇氧化过程中电荷转移阻力，从而提高催化剂的甲醇氧化性能。.为进一步提升Pt/IrO2/CNTs催化剂的抗中毒性能，向Pt/IrO2/CNTs引入SnO2制备Pt-SnO2/IrO2/CNTs催化剂。测试结果显示，SnO2能够大大提升Pt-SnO2/IrO2/CNTs催化剂的抗中毒能力，同时，甲醇氧化活性也得到进一步提高。.通过原位自组装的方式制备出MoO3和WO3修饰的碳纳米管载体，然后负载Pt，制备Pt/MoO3-WO3/CNTs阳极催化剂。结果显示，催化剂的分散程度大大提高，催化剂的甲醇氧化活性较高，且具有较好的稳定性。.此外，在此基金的资助下，本项目还开展了其它方面的研究。包括：在碳纳米管上负载MnO2以及制备石墨烯并负载钴氧化物，并考察它们的电容性能；在碳纳米管上负载其它贵金属Pd制备Pd/CNTs，并考察其甲醇燃料电池的阴极氧还原性能。