贵金属纳米复合材料的制备及其电催化性能研究

科学家们预测，到2030年左右，全世界的化石燃料将会消耗殆尽。因此，改变能源结构，寻找新能源已成为全人类必须面对的重大科学问题。燃料电池作为一种将化学能直接转变为电能的发电装置，具有能量效率高、燃料多样、机动灵活、环境污染少等优点，因此不少科学家认为，在21世纪知识经济时代，燃料电池在能源领域里将占举足轻重的地位，因此，掌握第四代发电技术，研制和发展燃料电池具有跨世纪的意义。燃料电池是以氢气、甲烷、甲醇、甲酸等为燃料，将化学能转变为电能，主要产物为水，属于无污染的绿色能源。然而燃料电池商业化程度一直不是很高，究其原因成本太高是其中之一，主要是来自于铂的成本。如何提高铂的利用率是其中的关键因素。此外，催化剂载体对催化剂的效率有着举足轻重的影响。近些年来，具有高表面积、低电阻和高稳定性的导电聚合物作为燃料电池的催化剂载体得到了广泛的研究。当下作为燃料电池催化剂载体得到大量研究的是杂环共轭导电聚合物，例如聚苯胺、聚噻吩和聚吡咯以及它们的衍生物。本文采用电化学方法制备了导电聚合物/贵金属复合催化剂。通过SEM、 EDX和电化学方法等对制备的复合催化剂进行了系列表征，并探究了复合催化剂对甲醇、甲醛等有机小分子的电催化氧化性能。（1）采用循环伏安法在铂电极表面合成了聚邻甲氧基苯胺-多壁碳纳米管膜，并采用恒电位法在膜上沉积了铂纳米粒子，制得Pt修饰聚邻甲氧基苯胺-多壁碳纳米管复合膜电极。复合膜的形貌通过SEM进行了表征，用循环伏安法考察了复合膜电极对甲醇和甲醛的电催化氧化性能。（2）通过电化学方法成功地制备了聚邻甲氧基苯胺-多壁碳纳米管复合薄膜修饰的铂金双金属纳米催化材料，并对其进行了SEM及EDX表征。另外通过Au的加入，探讨了双金属催化剂与单金属催化剂对有机小分子催化性能的不同点。甲醇和甲醛的电催化氧化结果以及计时电流法分析结果都表明，Pt-Au/POMAN-MCNTs（t1=1s）电极比Pt-Au/POMAN-MCNTs（CV）电极有着更好的电催化氧化活性和抗毒化能力，从而说明不同的沉积金属粒子的方法会对所制备的催化剂的催化效果产生直接而重要的影响。（3）采用电化学循环伏安法，在酸性水溶液中制备了一系列的铂及铂钌/聚苯胺/聚邻甲氧基苯胺电极。通过电子扫描电镜对制备的电极的外貌进行了表征。利用循环伏安法、计时电流法探讨了所制备的电极对甲酸的催化效果以及催化机理。通过实验结果，我们知道Ru的加入，改变了Pt基催化剂催化甲酸的机理以及最终提高了催化甲酸的性能，因此，铂钌/聚苯胺/聚邻甲氧基苯胺电极将会为DFAFC的发展开辟一条新的途径。