直接醇类燃料电池用碳化物基非Pt抗醇氧还原电催化剂的研究

直接醇类燃料电池(DAFCs)由于具有能耗少、能量密度高、燃料来源丰富和价格低廉等优点备受关注。但是，目前广泛应用的Pt基电催化剂并不能很好地满足DAFCs阴极电催化剂稳定、廉价和抗醇氧化的使用要求。本项目结合PdFe、PdCo和PdNi等合金类Pt的氧还原活性和优良的抗醇氧化特性、纳米Au的电化学稳定性以及W、Mo、V的碳化物对氧还原的促进作用，开发具有较高催化性能的阴极抗醇非Pt电催化剂，并借助XRD、SEM、TEM、EDS、ICP和XPS等手段分析电催化剂的物理化学性质，采用循环伏安法、旋转盘环电极和电化学阻抗谱分析电催化剂的电极反应过程，以期阐明有关的催化机理。本项目成果可望为降低燃料电池的成本和解决燃料电池产业化的瓶颈问题提供科学依据。拟开发的新型电催化剂可望用于非燃料电池领域，具有较广阔的应用前景。

具有抗醇氧化功能且稳定廉价的氧还原催化剂是直接醇类燃料电池商业化的关键材料之一。本项目从催化剂的可控制备入手，系统探索了交替微波加热法制备催化剂的过程中，微波加热方式对于催化剂性能的影响及规律，并将交替微波法扩展性应用于碳纳米管的表面处理，详细考察了交替微波加热规律及所处理碳纳米管载铂催化剂的性能。探索了纳米碳化物及氮化物的制备条件，及其负载催化剂的氧还原性能。采用循环伏安法和旋转圆盘电极表征技术系统考察了金属钯与铁钴镍、钨钼钒等所构成催化剂的氧还原性能及抗醇氧化性能。实验结果证明，钯与铁钴镍所形成的合金催化剂具有较好的抗醇氧化特性，但是由于钨钼钒的碳化物及氮化物比重太大，导致催化剂0.9 V vs. RHE的质量活性很低，不能满足直接醇类燃料电池阴极催化剂稳定廉价及抗醇氧化的使用要求，但是如果将钨钼钒作为金属活性成分与钯铁钴镍形成金属合金，催化剂的氧还原质量活性将大幅提高。