TiO2-C負載鉑催化劑的制備及其陰極氧還原催化性能研究.pdf

1、目前，碳載鉑或鉑基合金催化劑仍是最好的陰極ORR催化劑，但其成本昂貴、C載體易被腐蝕和甲醇毒性的缺點限制了其商業(yè)化應用。因此設計高穩(wěn)定性的陰極催化劑載體是近來燃料電池研究的重點。與純碳載體相比，TiO2由于較高的化學穩(wěn)定性作為燃料電池載體乃至助催化劑具有潛在的應用價值。
　　首先，本文討論了不同負載方法合成 TiO2/C載體材料，并系統(tǒng)的考察了溫度、Pt含量、Pt還原方法、pH值對催化活性的影響，通過線性掃描伏安法（LSV）對材料

2、的ORR性能進行了研究。結果顯示以原位生成TiO2的方法合成TiO2/C為載體，經過550℃煅燒2 h，在pH=6.2下通過光還原法合成的20％Pt/TiO2/C具有最佳活性。采用TEM、XRD、TG-DTA、XRF以及XPS等分析手段對Pt/TiO2/C復合材料的結構和組成進行了表征，負載的Pt基本上全部在銳鈦礦TiO2上，且納米顆粒分散均勻，平均粒徑為3~4 nm。TiO2的加入并沒有影響催化劑的催化活性，主要是由于部分 C摻雜在T

3、iO2中增加了導電性能。計時電流法（CA）測試顯示了材料具有比商業(yè)Pt/C更高的穩(wěn)定性能、耐甲醇性能。氧還原反應動力學研究表明該催化劑的ORR反應為4電子轉移歷程，與Pt/C反應機理相似。
　　其次，本文以TiO2為重要成分，以纖維狀的PANI為C-N前驅體并作為TiO2的模板，采用水熱法合成了 TiO2/PANI。然后系統(tǒng)的考察了不同酸和堿表面處理對催化活性的影響，并合成了不同Pt比例的Pt/TiO2/C-N催化劑。表征結果表明

4、，在Ar中800℃熱解后，PANI被碳化，棒狀TiO2為金紅石相，N摻雜在C的骨架中。CA測試顯示，催化劑Pt/TiO2/C-N與商業(yè)Pt/C相比，具有更高的穩(wěn)定性能。反應動力學結果表明該ORR反應的轉移電子數(shù)為4，與Pt/C的反應機理相似。
　　Pt/TiO2/C催化劑的高穩(wěn)定性主要歸結于兩個方面：1）TiO2固有的化學穩(wěn)定性；2）在“C-TiO2”以及“TiO2-Pt”存在強相互作用。因此TiO2/C是一種很有潛力的載體材料。