碳载铂、钌催化剂对甲醇燃料电池阳极电催化性能的研究实验报告

生物甲醇燃料电池材料研究与性能优化生物甲醇燃料电池是一种利用生物甲醇作为燃料的电池，其研究和性能优化一直是能源领域的热门话题。

本文将从材料研究和性能优化两个方面进行讨论。

一、材料研究生物甲醇燃料电池的核心是电极材料，其中阳极和阴极材料的选择对电池性能有着重要影响。

目前常用的阳极材料包括铂、铂合金和碳基材料等，而阴极材料则主要采用氧化物如二氧化铈、二氧化锆等。

在阳极材料方面，铂是一种优良的催化剂，但其昂贵的价格限制了生物甲醇燃料电池的商业化应用。

因此，研究人员致力于寻找替代材料，如过渡金属氧化物、过渡金属硫化物和非贵金属催化剂等。

这些材料具有较高的催化活性和较低的成本，可有效替代铂。

在阴极材料方面，氧化物是目前最常用的材料之一。

然而，氧化物在高温下容易发生晶格氧化、析氧和结构破坏等问题，导致电池寿命较短。

因此，研究人员正在探索新型阴极材料，如过渡金属氧化物的复合材料、过渡金属硫化物和有机金属框架材料等。

这些材料具有更好的稳定性和催化活性，能够提高生物甲醇燃料电池的性能和寿命。

二、性能优化除了材料研究外，性能优化也是生物甲醇燃料电池研究的重要方向之一。

性能优化主要包括提高电池的能量转化效率和减小电池的内阻。

提高能量转化效率是生物甲醇燃料电池研究的关键问题之一。

目前，研究人员通过改变电极结构、优化催化剂分散度和提高电子传输速率等方法来提高电池的能量转化效率。

此外，改进燃料供应系统和优化电解质的选择也可以有效提高能量转化效率。

减小电池的内阻是提高电池性能的另一个重要方面。

内阻主要包括电解质阻抗、电极/电解质界面阻抗和电子传输阻抗等。

研究人员通过优化电极材料的导电性能、改善电解质的离子传输速率和减小电极/电解质界面的电阻等方法来减小电池的内阻，从而提高电池的性能。

此外，研究人员还通过改进电池的结构、优化电池的工作温度和提高电池的稳定性等方法来进一步优化生物甲醇燃料电池的性能。

总结起来，生物甲醇燃料电池材料研究和性能优化是一个复杂而又关键的问题。

铂基催化剂在甲醇燃料电池中的应用研究甲醇燃料电池（Methanol Fuel Cell，简称MFC）作为一种新型的绿色能源技术，近年来备受关注。

而铂基催化剂作为MFC中重要的组成部分，其性能直接影响着MFC的效率和稳定性。

因此，对铂基催化剂在MFC中的应用进行深入研究具有重要意义。

首先，我们来了解一下MFC的基本原理。

MFC是一种利用甲醇和氧气反应产生电能的装置，其基本原理是利用催化剂促进甲醇的氧化反应和氧气的还原反应。

而铂基催化剂作为一种高效的催化剂，可以加速这两个反应的进行，从而提高MFC的能量转换效率。

然而，铂基催化剂在MFC中存在一些问题。

首先，铂是一种稀有金属，价格昂贵，限制了MFC的商业化应用。

其次，铂基催化剂在长时间运行过程中容易发生结构变化和中毒现象，降低了催化活性和稳定性。

因此，研究如何降低铂基催化剂的用量、提高其稳定性和延长使用寿命成为了当前研究的热点。

一种解决铂基催化剂稀有和昂贵问题的方法是合成非铂基催化剂。

近年来，研究人员开展了大量的工作，成功合成了一系列具有优异电催化性能的非铂基催化剂。

例如，以过渡金属氧化物、氮化物和硫化物等为主要成分的非铂基催化剂，具有较高的催化活性和良好的稳定性。

这些非铂基催化剂的研究为降低铂基催化剂的用量提供了新的思路。

另一方面，为了解决铂基催化剂在长时间运行过程中的结构变化和中毒问题，研究人员提出了一系列改性策略。

例如，通过调控铂基催化剂的形貌和晶相结构，可以提高其稳定性和抗中毒能力。

此外，也可以将铂基催化剂与其他材料进行复合，形成新的催化剂体系。

这些改性策略的研究为提高铂基催化剂的稳定性和延长使用寿命提供了新的途径。

除了合成非铂基催化剂和改性策略，还有一些其他的研究方向也值得关注。

例如，研究人员可以通过调控甲醇燃料电池的工作条件，如温度、压力和甲醇浓度等，来优化铂基催化剂的催化性能。

此外，也可以通过改变甲醇的供给方式，如直接注入或间接供给等，来提高铂基催化剂的利用效率。

铂催化剂在燃料电池上的应用研究随着全球对环保和新能源的需求日益增长，燃料电池技术作为一种环保、高效的新型能源技术，受到了越来越多的关注。

而铂催化剂在燃料电池上的应用是其中非常重要的一部分内容，因为它起到了催化剂的作用，能够促进电化学反应，使燃料电池的效率和寿命都得到了极大的提高。

一、铂催化剂的基本原理铂催化剂是将铂纳米粒子嵌入各种载体中形成的一类材料，外形看起来像黑色或者灰色的粉末。

它的主要作用就是在燃料电池中提供一个催化剂的平台，使得电解过程能够更加高效地进行。

铂催化剂一般放置在燃料电池的阳极和阴极之间，可以扶持燃料和氧气之间的电化学反应，促进电子的传输和离子的交换。

二、铂催化剂在燃料电池上的应用铂催化剂在燃料电池上的应用非常广泛，其中最常见的就是作为燃料电池的阴极和阳极催化剂。

燃料电池的裂解过程中，需要将氢气、甲烷等燃料转化为电能，所以需要催化剂促进这些化学反应。

在这个过程中，阴极和阳极中的铂催化剂分别扮演着不同的角色。

在燃料电池的阴极催化剂中，铂通过激发氧气中的电子，使其与水的氢离子结合，产生水的同时，释放出电子。

电子被输送到电路中，形成电流，从而驱动载体进行工作。

而在燃料电池的阳极催化剂中，铂则可以将燃料的氢离子和电子结合在一起，从而形成水和电力。

除了在阴极和阳极中的催化剂，铂催化剂还可以用来增强燃料电池的稳定性和耐久性。

在传统的燃料电池中，存在着催化剂的失活现象，即铂颗粒随着时间的推移逐渐脱落或者氧化，使得燃料电池的效果会逐渐减弱。

但是，通过在铂催化剂表面进行修饰，可以增强铂与载体之间的粘合能力，从而减少铂颗粒的脱落和氧化，提高燃料电池的耐久性。

三、铂催化剂在燃料电池中的发展历程铂催化剂作为燃料电池的重要组成部分，其发展历程也非常值得关注。

早在20世纪80年代，铂催化剂就已经被广泛应用在燃料电池的电化学反应中。

但是，由于其高成本、不稳定等局限性，使得铂催化剂应用的范围受到了很大的限制。

介孔碳化钨提高铂电催化氧化甲醇活性2016-07-09 12:15来源：内江洛伯尔材料科技有限公司作者：研发部铂催化剂TEM和粒径分布直接甲醇燃料电池(DMFC)具有高效、低排和便捷等优点, 是未来主要的替代能源之一。

但是纯铂(Pt)催化剂价格昂贵, 并且容易被甲醇氧化的中间产物毒化而降低活性, 因此开发新的低成本高效能的催化材料代替或降低Pt的用量显得至关重要。

自从1973年Levy等发现碳化钨(WC)具有与Pt相似的表面电子结构以来, WC作为一种潜在的能够替代Pt族贵金属的催化材料而被广泛研究。

最近研究发现, WC的热稳定性和电化学稳定性优于目前普遍使用的碳载体材料, 且WC与Pt等贵金属之间存在良好的协同效应。

因此, 以WC为载体的Pt基催化剂引起了人们的关注, 但是WC的比表面积小, 不利于活性成分的分散。

盛江峰等通过碳化还原技术结合浸渍法制备了介孔Pt/WC催化剂, 用该催化剂制备的电极对析氢反应具有一定的电催化活性, 但由于该催化剂介孔WC的孔径较大(约200nm), 且负载的Pt颗粒的粒径较大(约15nm), 对电化学性能的提高不是很明显。

陈赵扬等采用碳化还原并结合气相还原法制备的介孔Pt/WC催化剂也具有一定的电催化还原活性, 但是其中的Pt颗粒较大且团聚比较严重, 一定程度上限制了其进一步的应用。

浙江工业大学胡仙超等人采用硬模板法制备了介孔碳化钨(m-WC), 进一步还原铂的前驱体(H2PtCl6)得到Pt/m-WC催化剂。

采用X射线粉末衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和X 射线光电子能谱(XPS)等测试手段对样品的物相、结构和形貌进行了表征。

结果表明, 所制得的m-WC载体为单一的碳化钨相, 孔径为10~20nm, Pt/m-WC催化剂中Pt的粒径约为3.4nm, 主要以金属态形式存在, 相对比较均一的Pt纳米粒子均匀地分散在载体的表面和孔道中。

电化学测试结果表明, 与普通WC载Pt催化剂(Pt/c-WC)相比, Pt/m-WC催化剂具有较大的电化学活性表面积, 对甲醇呈现出更高的电催化氧化活性和更好的稳定性。

燃料电池催化剂文献报告燃料电池是一种基于电化学原理的能量转化设备，可以将化学能直接转化为电能。

其中，燃料电池的催化剂在电池反应中起着至关重要的作用。

催化剂能够降低活化能，加速电化学反应速率，提高燃料电池的性能。

本文将综述燃料电池催化剂的研究进展和相关的文献。

燃料电池常用的催化剂包括铂（Pt）和铂合金，因为它们具有良好的电化学活性和稳定性。

然而，铂催化剂的昂贵导致燃料电池成本高昂，限制了其广泛应用。

因此，寻找替代的、廉价和高效的催化剂成为研究的热点。

以铂基催化剂为例，近年来的研究主要集中在改善催化剂的活性和稳定性。

一种常用的方法是通过合成纳米结构来增加催化剂的表面积。

研究表明，纳米颗粒的尺寸和形状对催化剂的活性和稳定性具有重要影响。

例如，较小尺寸的纳米颗粒通常具有较大的比表面积和较高的活性，但较小的尺寸也会导致较低的稳定性。

因此，研究人员通过调控催化剂纳米颗粒的大小和形状，寻找最佳的催化剂性能。

另外，改变催化剂的组成也是提高燃料电池性能的重要途径。

铂合金催化剂是一种常见的选择，通过与其他金属元素合金化可以提高催化剂的活性和稳定性。

例如，铂镍（Pt-Ni）合金催化剂在质子交换膜燃料电池中显示出较好的性能，因为镍的添加可以增加催化剂的氧气还原反应活性，并降低铂的用量。

此外，控制催化剂的表面结构和表面态也是改善催化剂性能的关键。

表面结构的控制可以通过合成方法、溶剂选择和添加剂等手段实现。

而催化剂的表面态可以通过调节电子结构和晶体缺陷来实现。

除了铂基催化剂，其他替代催化剂的研究也日益受到关注。

例如，过渡金属非贵金属（TM/NP）合金催化剂被认为是替代铂催化剂的有希望候选者。

这些非贵金属催化剂具有较低的成本、丰富的资源和良好的催化活性。

过渡金属硫化物、氮掺杂碳材料和杂化催化剂也是研究的焦点。

综上所述，燃料电池催化剂的研究在寻找更高效、廉价的催化剂方面取得了显著进展。

未来的研究将继续致力于优化催化剂的活性、稳定性和成本效益，以推动燃料电池技术的发展。

燃料电池催化剂文献报告燃料电池催化剂是燃料电池中的核心组件，它们在电化学反应中起到催化剂的作用，提高了燃料电池的性能和效率。

催化剂的选择和设计对于燃料电池的性能具有重要影响。

为了更好地了解燃料电池催化剂的研究进展，本文将对近年来的相关文献进行综述。

近年来，钯基催化剂在燃料电池中得到了广泛的应用。

赵等（2024）研究了多组分钯基催化剂的合成方法，并评估了其在甲醇燃料电池中的性能。

研究结果表明，多组分催化剂相比单组分催化剂具有更高的催化活性和稳定性。

铂基催化剂也是常用的燃料电池催化剂。

封等（2024）通过调控铂纳米颗粒的大小和形貌，制备了一种新型的铂基催化剂，并研究了其在氧还原反应中的电化学性能。

研究结果显示，所制备的铂基催化剂具有良好的催化活性和耐久性。

除了钯和铂基催化剂，过渡金属化合物也是研究的热点之一、李等（2024）报道了一种镍基催化剂的合成方法，并研究了其在乙醇燃料电池中的应用。

研究结果表明，所制备的镍基催化剂在氧还原反应中具有较高的催化活性和稳定性。

此外，还有一些新型催化剂的研究工作取得了一定的进展。

杨等（2024）报道了一种基于二氧化钛纤锌矿型结构的铜基催化剂，并研究了其在甲醇燃料电池中的应用。

研究结果显示，所制备的铜基催化剂在氧还原反应中表现出优异的催化活性和稳定性。

此外，还有一些文献致力于研究催化剂的改性方法。

贾等（2024）研究了一种基于贵金属纳米粒子的催化剂改性方法，并评估了改性后的催化剂在直接甲醇燃料电池中的性能。

研究结果表明，改性后的催化剂具有更高的催化活性和稳定性。

综上所述，燃料电池催化剂的选择和设计对燃料电池的性能具有重要影响。

近年来，钯基、铂基和过渡金属化合物催化剂是研究的热点之一、此外，一些新型催化剂的研究工作也取得了一定的进展。

催化剂的改性方法也是一个研究的重点。

未来的研究方向可以进一步优化催化剂的合成方法，提高催化剂的性能和稳定性，以推动燃料电池技术的发展。

铂、钌共修饰的氧化钛电极对甲醇的电催化氧化刘长鹏a 杨　辉b 邢　巍a 陆天虹b 3(a 中国科学院长春应用化学研究所　长春;b 南京师范大学化学与环境科学学院　南京210097)摘　要　首次发现用电化学阴极还原2阳极氧化法制得的P t 2T i O x T i 和P t 2R u 2T i O x T i 电极对甲醇氧化呈现出较高的电催化活性和稳定性,其中P t 2R u 2T i O x T i 电极比P t 2T i O x T i 电极具有更好的性能.实验结果表明,这两种电极对甲醇氧化具有高电催化活性是由于P t 、R u 得到了较好的分散,较好的稳定性可归结于P t 、R u 与T i O x 协同作用导致弱的CO 吸附而使电极不易中毒.关键词　P t 2T i O x T i 电极,P t 2R u 2T i O x T i 电极,甲醇,燃料电池中图分类号:O 646 文献标识码:A 文章编号:100020518(2001)07205172042000209226收稿,2001201209修回国家科技部“九七三”(G2000026408)、国家自然科学基金(20003005)江苏省自然科学基金(BQ 2000009)和吉林省自然科学基金(20000510)资助项目 燃料电池具有能量转换效率高、环境污染小等优点,日益受到人们的关注[1].而直接甲醇质子交换膜燃料电池用甲醇来代替有一定危险性的H 2气作燃料,近年来受到广泛重视[2,3].但这种燃料电池目前存在一些有待解决的问题.其中之一是所用的阳极催化剂一般为P t ,但单一的P t 催化剂对甲醇氧化的电催化活性低、而且易被甲醇氧化的中间产物毒化[1,4～6].文献报道P t 2R u[7～9]、P t 2Sn [8]、P t 2W O x [10]和P t 2R u 2W O x[11]等P t 复合催化剂可提高对甲醇氧化的电催化活性和提高抗中毒的能力,但P t 2Sn 和P t 2W O x 等催化剂在酸性介质中的长期稳定性还有一定问题,因此,进一步研究性能良好的甲醇氧化的电催化剂是十分必要的.钛氧化物在酸和碱介质中有很好的稳定性而常被用作贵金属催化剂的载体,但只有H am nett 等[12]报道了用化学法制备P t 修饰的T i O 2电极作甲醇氧化的电催化剂.本文报道了用电化学阴极还原2阳极氧化两步骤法制得的P t 2T i O x T i 和P t 2R u 2T i O x T i 电极对甲醇电催化氧化的性能,并探讨了它们对甲醇氧化呈现高的电催化活性和好的稳定性的原因.1　实验部分1.1　试剂和仪器H 2P tC l 6(上海试剂一厂)、R uC l 3(A ldrich Chem .Co .)等所用的试剂均为分析纯.所有溶液均用三次蒸馏水配制.采用CH I 600(美国CH I 仪器公司)电化学分析仪和常规的三电极体系的电化学池进行电化学测量.在电化学池中,对电极为镀P t 的P t 电极,参比电极为饱和甘汞电极(SCE ),工作电极基体是T i 电极.T i 电极在使用前用5#金相砂纸、013和015Λm 的A l 2O 3粉依次抛光至呈镜面,然后超声清洗5m in .现场FT I R 反射光谱采用美国N ico let 2730FT I R 光谱仪进行测量.1.2　实验方法P t 2T i O x T i 和P t 2R u 2T i O x T i 电极的制备方法:将抛光好的T i 电极依次在5mm o l L H 2P tC l 6+015m o l L H 2SO 4溶液和5mm o l L R uC l 3+015m o l L H 2SO 4溶液中分别在-0105、-0120V 电位下沉积P t 、R u .对于P t 2T i O x T i电极,只在前一种溶液中沉积P t ,载量为2212g m 2.对于P t 2R u 2T i O x T i 电极,P t 载量为1218g m 2,R u 载量为9198g m 2,沉积量通过沉积时间加以控制,文中的面积均指电极的表观面积.然后将电极在015m o l L N a 2SO 4溶液中,在-0120～1160V 的电位范围内以10mV s 的扫描速率通过线性扫描伏安法氧化T i 电极表面而制得P t 2T i O x T i 或P t 2R u 2T i O x T i 电极.电化学和现场FT I R 反射光谱的测量都在015m o l L CH 3O H +015m o l L H 2SO 4溶液或015m o l L H 2SO 4溶液中进行.测量前,溶液通N 2气(9919%)20m in 以除去溶解在溶液中的氧,第18卷第7期应用化学V o l .18N o.72001年7月 CH I N ESE JOU RNAL O F A PPL IED CH E M ISTR Y Ju ly 2001实验过程中在25℃通N 2气保护下进行.循环伏安测量中,电位扫描速率为100mV s .现场FT I R 反射光谱的差谱由下式获得:∃R R =[R (E 2)-R (E 1)] R (E 1).其中R (E 2)和R (E 1)分别为在E 2和E 1电位下的现场FT I R 反射光谱,在红外差谱中,正向吸收峰表明,E 2电位下的吸收小于E 1时的吸收,负向峰表明,E 2电位下的吸收大于E 1时的吸收.实验信号的分辨率为8c m -1.图1　P t 2T i O x T i 电极在不同溶液中的循环伏安曲线F ig .1　T he cyclic vo ltammogram s of P t 2T i O 2 T ielectrode in differen t so lu ti on sa .0.5mo l L H 2SO 4;b .0.5mo l L CH 3OH +0.5mo l L H 2SO 42　结果与讨论2.1　Pt -T i O x T i 电极的循环伏安结果图1是P t 2T i O x T i 电极在015m o l LH 2SO 4和015m o l L CH 3O H +015m o l L H 2SO 4溶液中的循环伏安曲线.在图1a 中,-0110V 附近的峰是P t 表面吸附氢的氧化还原峰[13],与纯P t 电极相比,峰电流要大得多,说明在P t 2T i O x T i 电极上,P t 得到了很好的分散[8].由图1b 可见,在电位正扫和负扫方向上,在0168和0155V 处分别观察到2个甲醇的氧化峰.电位正扫时的氧化峰的峰电流约为515kA m 2.当电位扫描速率为5mV s 时,电位正扫时的氧化峰电位在0158V 处,峰电流高达5126kA m 2,比用化学法制备的P t 修饰的T i O x 电极[12]高10多倍,比P t 2W O 3电极[10]高1倍.上述结果表明,用电化学阴极还原2阳极氧化两步骤法制得的P t 2T i O x T i 电极对甲醇电催化氧化有较高的电催化性能.P t 2T i O x T i 电极在含甲醇的溶液中当电位正扫时在0120～0140V 之间出现较宽的氧化峰,这是由于甲醇解离2吸附产生的吸附的羰基物种的氧化所产生[14].2.2　甲醇在Pt -T i O x T i 电极上氧化时的计时电位结果图2是电流密度为110kA m 2时甲醇在P t 2T i O x T i 电极上氧化时的计时电位曲线.由图可见,在60m in 后,过电位的增加小于140mV ,而镀P t 的金电极对甲醇氧化的电催化性能很快就下降[10],表明P t 2T i O x T i 电极对甲醇氧化的电催化活性有较好的稳定性.图2　在P t 2T i O x T i 电极上甲醇氧化的计时电位曲线F ig .2　Ch ronopo ten ti ogram of CH 3OH ox idati onon the P t 2T i O x T i electrodecurrent density :100A m 2,so luti ons :0.5mo l L CH 3OH +0.5mo l L H 2SO 42.3　Pt -Ru -T i O x T i 电极的循环伏安结果图3为P t 2R u 2T i O x T i 电极在两种溶液中的循环伏安图.由图3b 可见,在电位正扫和负扫方向上,在0150和0143V 处分别观察到2个甲醇的氧化峰,与文献[8]报道的P t 2R u 电极上甲醇氧化的情况相似.电位正扫时氧化峰峰电流约为513kA m 2,比在P t 2R u 电极上高出很多.与P t 2T i O x T i 电极的情况(图1b )相比,电位正扫和负扫时,相应的甲醇氧化峰峰电位分别负移了180和120mV .在P t 2T i O x T i 电极上(图1b ),电位正扫时,甲醇的氧化峰峰电流从0150V 附近开始大幅度上升,而在P t 2R u 2T i O x T i 电极上(图3b ),正扫时甲醇的氧化峰峰电流从0130V 附近就开始大幅上升.在P t 2T i O x T i 电极上(图1b ),甲醇解离2吸附产生的吸附的羰基物种的氧化峰在0120～0140V 之间,而在P t 2R u 2T i O x T i 电极815应用化学 第18卷　上(图3b ),相应的氧化峰出现在0105～0120V之间,比在P t 2T i O x T i 电极上电位负移约200mV .这些结果都说明P t 2R u 2T i O x T i 电极对甲醇氧化的电催化活性比P t 2T i O x T i 电极还要高.图3　P t 2R u 2T i O x T i 电极在不同溶液中的循环伏安曲线F ig .3　T he cyclic vo ltammogram s ofP t 2R u 2T i O x T i electrodein (a )0.5mo l L H 2SO 4and(b )0.5mo l L CH 3OH +0.5mo l L H 2SO 4测定了在电流密度为110kA m 2时甲醇在P t 2R u 2T i O x T i 电极上氧化时的计时电位曲线(图略),测试结果表明,在60m in 后,过电位只增加25mV 左右,说明P t 2R u 2T i O x T i 电极对甲醇氧化的电催化活性的稳定性要比P t 2T i O x T i 电极好.无论在P t 2T i O x T i 电极或P t 2R u 2T i O x T i 电极上进行计时电位曲线测量时,都会发现在电极表面有大量的气泡产生,现场FT I R 研究表明,产生的气泡为CO 2,说明甲醇在这两种电极上氧化的最终产物是CO 2.2.4　现场FT IR 差谱分析当甲醇在P t 电极[13]、P t 修饰的聚吡咯[14]电极或P t 修饰的聚硫堇[15]电极上发生氧化时,在现场FT I R 反射差谱中,在2050c m -1附近能观察到1对强的线性吸附的CO 的吸收峰.但当甲醇在P t 2T i O x T i 电极上氧化时,在相应的现场FT I R 反射差谱(图4a )中却几乎观察不到这样的峰,表明甲醇在P t 2T i O x T i 电极上氧化时,CO 的吸附量少,因此观察不到相应的峰.H aller 等[16]指出P t 修饰的T i O x 电极由于P t 和T i O x 之间强烈的相互作用改变了P t 表面的电子特性,导致了CO 在其表面的很弱的化学吸附.因此,P t 2T i O x T i 电极不易由于甲醇电化学氧化的中间产物CO 的强烈吸附而产生中毒的现象.所以,该电极对甲醇氧化的电催化活性的稳定性较好(图2).P t 2R u 2T i O x T i 电极的电催化活性比P t 2T i O x T i 电极更稳定,以上结果分析可能表明了CO 在P t 2R u 2T i O x T i 电极上的更弱的吸附能力.在图4b 中,可观察到位于2050c m -1处的对图4　甲醇在P t 2T i O x T i 电极上氧化的现场FT I R 反射差谱F ig .4　R eflecti on difference in 2situ FT I R spectra fo r CH 3OH ox idati on on P t 2T i O x T i electrodea .1800～2300c m -1;b .2100～2500c m -1;E 1=-0.20V 915　第7期刘长鹏等:铂、钌共修饰的氧化钛电极对甲醇的电催化氧化 应于CO2的负向吸附峰,该峰的存在表明甲醇在P t2T i O x T i电极上氧化的最终产物是CO2.关于将P t2T i O x和P t2R u2T i O x催化剂做成直接甲醇燃料电池的电极并评价其性能的工作正在进行.参　考　文　献　1　L egerand J M,Cam y C.B er B unseng es P hy s　Che m,1990,94:1021　2　Shuk la A K,R avikum arM K.J A pp l E lec2troche m, 1995,25:528　3　Hogarth M P,M unk J,Shuk la A K,et a l.J A pp lE lectroche m,1994,24:85　4　Kun i m atsu K.B er B unseng es P hy s Che m,1990,94: 1025　5　I w asita T,N art F C.B er B unseng es P hy s Che m, 1990,90:1030　6　A rico A S,Po ltarzew sk i Z,K i m H.J P o w er S ou rces,1995,55:159　7　W atanabe M,U ch ida M,M o too S.J E lectroana l Che m,1987,229:395　8　M o ri m o to Y,Yeager E B.J E lectroana l Che m, 1998,444:95　9　Kabbab i A,Fau re R,D 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electrodes p rep ared by an electrochem ical reducti on2ox idati on m ethod show the excellen t electrocatalytic activity and stab ility fo r the ox idati on of m ethano l.T he p erfo rm ance of the P t2R u2T i O x T i electrode is better than that of the P t2T i O x T i electrode.T heir h igh electrocatalytic activities fo r m ethonal ox idati on is due to the h igh disp ersi on of P t and R u p articles.T he good stab ilities can be attribu ted to the synergistic effect am ong P t、R u and T i O x w h ich leads to the w eak adso rp ti on of CO at the electrodes,avo iding the electrodes being po isoned.Keywords　P t2T i O x T i electrode,P t2R u2T i O x T i electrode,m ethano l,fuel cell025应用化学 第18卷　。

高性能铂基催化剂构筑及其甲醇电氧化性能研究高性能铂基催化剂构筑及其甲醇电氧化性能研究近年来，随着全球能源危机和环境污染问题的日益突出，研究开发高效能、清洁能源的需求变得越发迫切。

甲醇燃料电池作为一种可再生的能源技术，具有高能量密度、易于储存和传输以及无排放等优点，因此备受关注。

然而，甲醇燃料电池的商业化应用受到其低效的甲醇氧化反应（MOR）过程的限制。

甲醇氧化反应是甲醇燃料电池中最重要的反应之一，其中催化剂的性能直接影响整个电池的性能。

铂基催化剂由于其高催化活性被广泛应用于甲醇氧化反应。

然而，纯铂在甲醇氧化反应过程中容易发生中毒现象，同时价格昂贵，因此研究构筑高性能的铂基催化剂成为了迫切的需求。

在过去的几十年中，许多研究学者通过不同的方法改善了铂基催化剂的活性和稳定性。

一种常见的方法是将铂催化剂与其他金属或无机材料复合，以提高催化活性。

铂基催化剂的构筑方法有物理混合、化学沉积、共沉淀等，其中以共沉淀方法得到的催化剂具有较高的比表面积和较好的分散度，因此受到了越来越多的研究关注。

此外，改进催化剂的结构也是提高催化活性的关键。

研究表明，合理调控催化剂的晶体结构和表面形貌可以显著提高其催化活性。

例如，采用纳米微球的方法制备的铂基催化剂，具有较大的比表面积和较好的形貌控制能力，从而显著改善了其催化活性。

此外，还有研究发现，通过调节合成条件来得到多孔的催化剂也可以显著提高其催化活性。

为了探究铂基催化剂的性能，研究者们通常采用循环伏安法和电化学交流阻抗法等电化学技术来评估其甲醇电氧化性能。

研究发现，良好的催化剂在低电位下表现出较小的峰电流和较低的甲醇电氧化起始电位，这与其较好的催化活性和较低的中毒现象有关。

总结而言，构筑高性能的铂基催化剂对于提高甲醇燃料电池的性能至关重要。

通过复合材料和合理调控催化剂的结构，可以提高铂基催化剂的催化活性和稳定性。

此外，采用电化学方法评估催化剂的甲醇电氧化性能可以对其性能进行准确评估。

铂碳催化剂氧还原测试实验报告摘要：本实验以铂碳催化剂为研究对象，通过氧还原反应测试其催化性能。

实验结果表明，铂碳催化剂在氧还原反应中具有较高的催化活性和稳定性，具有广泛的应用前景。

引言：氧还原反应是一种重要的电化学反应，广泛应用于燃料电池、金属空气电池等能源转换器件中。

铂碳催化剂作为一种常用的催化剂，被广泛用于氧还原反应中。

本实验旨在测试铂碳催化剂在氧还原反应中的催化性能，为其应用提供实验依据。

实验方法：1. 制备铂碳催化剂：按照一定比例混合铂粉和活性炭，加入适量的乙醇悬浮液中，超声处理后得到铂碳催化剂。

2. 制备电化学测试电极：将铂碳催化剂涂覆在玻碳电极表面，制备成铂碳催化电极。

3. 确定电极活化条件：使用循环伏安法对铂碳催化电极进行活化，确定最佳活化条件。

4. 进行氧还原反应测试：在酸性电解液中进行氧还原反应测试，记录电流-电压曲线，并计算催化剂的电化学活性表面积。

实验结果与讨论：1. 铂碳催化剂的制备：通过超声处理，铂粉和活性炭均匀分散在乙醇悬浮液中，得到了均一的铂碳催化剂。

2. 电极活化条件的确定：通过循环伏安法测试，确定了最佳活化条件为循环次数为10次，电势范围为-0.2 V至1.0 V。

3. 氧还原反应测试：在最佳活化条件下，进行氧还原反应测试，得到了电流-电压曲线。

通过计算电流密度，可以得到催化剂的电化学活性表面积。

结论：本实验通过对铂碳催化剂的氧还原性能测试，发现铂碳催化剂具有较高的催化活性和稳定性。

铂碳催化剂在酸性电解液中表现出良好的氧还原性能，适用于燃料电池等能源转换器件中。

本实验为铂碳催化剂的应用提供了实验依据，具有重要的科学意义和应用价值。

致谢：感谢实验中得到的帮助和支持，没有你们的帮助，我们无法完成这个实验报告。

谢谢！。

醇类燃料电池中阳极催化剂研究随着现代化的加速和人们环保意识的提升，寻找一种可再生、绿色、高效的能源已成为迫切需要解决的问题。

燃料电池作为一种全新的能源技术，因其低碳、高效、节能、环保的特性而备受瞩目。

其中，醇类燃料电池由于其可用的醇类燃料广泛且易于储运，因此成为了广泛研究的对象。

而醇类燃料电池的阳极催化剂则是燃料电池能量转化过程中最重要的一环。

本文将探讨醇类燃料电池中阳极催化剂的研究进展。

一、醇类燃料电池的基本原理醇类燃料电池是通过将醇类燃料与氧气反应来产生电能的一种电池。

其原理是利用催化剂将燃料氧化成为电子、质子和二氧化碳等产物，并且通过一个电解质膜将电子输送到阴极，这时电子与来自于阳极的氧气结合，形成水。

这样，醇类燃料电池不仅能产生电能，而且有助于改善环境。

二、醇类燃料电池中阳极催化剂的种类醇类燃料电池中常用的阳极催化剂有铂、钯、铑、铜、镍等金属和它们的合金。

其中，铂是最常用的阳极催化剂，因为它具有良好的电催化活性和稳定性。

但是，铂的价格昂贵且资源有限，因此，研究新型低成本的阳极催化剂成为了一个热点。

三、醇类燃料电池中阳极催化剂的研究进展1、非贵金属阳极催化剂非贵金属阳极催化剂是目前广泛研究的热点之一。

其优点在于价格便宜且资源广泛，但相对贵金属阳极催化剂，活性和稳定性还存在不足。

研究者通过掺杂、合成等方式改善非贵金属阳极催化剂的活性和稳定性，并在实验中取得了良好的效果。

2、核壳结构阳极催化剂核壳结构阳极催化剂是在传统阳极催化剂的基础上，加入一层非金属层。

这一结构的优点在于既保留了传统阳极催化剂的活性和稳定性，同时还增加了反应速率和抗中毒性。

核壳结构阳极催化剂又分为单一核壳结构阳极催化剂和多层核壳结构阳极催化剂两种。

3、单原子阳极催化剂单原子阳极催化剂是一种具有极高反应活性和抗中毒性的阳极催化剂，其制备方法主要有共沉淀法、还原法、化学气相沉积法等。

但是，单原子阳极催化剂制备难度大，成本高，尚未得到广泛应用。

新型高性能燃料电池电催化剂研究实验报告一、引言随着全球对清洁能源的需求不断增长，燃料电池作为一种高效、环保的能源转换装置，受到了广泛的关注。

而电催化剂在燃料电池的性能提升中起着关键作用。

本实验旨在研究新型高性能燃料电池电催化剂，以提高燃料电池的效率和稳定性。

二、实验目的开发一种具有高活性、高稳定性和低成本的燃料电池电催化剂，以满足未来燃料电池大规模应用的需求。

三、实验原理燃料电池的工作原理是通过电化学反应将燃料（如氢气）和氧化剂（如氧气）的化学能转化为电能。

在这个过程中，电催化剂能够加速反应速率，降低反应过电位，从而提高电池的性能。

常见的电催化剂包括铂（Pt）及其合金，但由于铂的稀缺性和高成本，寻找替代或改进的电催化剂成为研究的重点。

四、实验材料与设备1、化学试剂：＿____、＿____、＿____等。

2、实验仪器：电化学工作站、旋转圆盘电极（RDE）、X 射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）等。

五、实验方法1、催化剂的制备采用_____方法制备新型电催化剂，通过控制反应条件（如温度、时间、反应物浓度等）来优化催化剂的结构和性能。

2、催化剂的表征利用 XRD 分析催化剂的晶体结构，SEM 和 TEM 观察催化剂的形貌和粒径分布，EDS 能谱分析元素组成。

3、电化学性能测试在电化学工作站上，使用 RDE 技术进行线性扫描伏安法（LSV）测试，评估催化剂的氧还原反应（ORR）活性；通过计时电流法测试催化剂的稳定性。

六、实验结果与分析1、催化剂的结构与形貌XRD 结果显示，所制备的催化剂具有_____结构；SEM 和 TEM 图像表明，催化剂呈现出_____的形貌，粒径分布较为均匀。

2、电化学性能测试LSV 曲线表明，新型电催化剂的起始电位和半波电位分别为_____和_____，与传统的 Pt/C 催化剂相比，具有更高的 ORR 活性。

计时电流测试结果显示，在经过_____小时的连续运行后，电流密度仅下降了_____，表明该催化剂具有良好的稳定性。

用于直接甲醇燃料电极的阳极催化剂研究摘要：为了提高直接甲醇燃料电池阳极催化活性，本文研究了三种过渡金属取代磷钼酸修饰铂电极在硫酸溶液中的电化学行为及对甲醇的电催化氧化作用，并利用一氧化碳吸附实验评价了三种过渡金属取代磷钼酸修饰铂电极的抗一氧化碳毒化性能。

结果表明，三种过渡金属取代磷钼酸修饰铂电极均能够提高铂电极的催化活性，其中PMnMo11修饰铂电极对甲醇的催化活性最高，同时铂电极经三种过渡金属取代磷钼酸修饰后抗一氧化碳毒化能力增强。

关键词：直接甲醇燃料电池；阳极催化剂；过渡金属取代；PMo12修饰中图分类号：TM911.4 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2010）01-0045-02直接甲醇燃料电池由于非常适合作为电动汽车、小型电子设备和便携式移动电源，成为目前燃料电池研究领域的一个热点。

制约直接甲醇燃料电池发展的一个主要问题仍然是阳极催化剂的催化活性较低。

尽管甲醇在洁净的Pt上氧化较快，但生成反应中间产物COads后，Pt表面即被毒化。

由水转化的含氧粒子在催化位置上将CO氧化成CO2。

但在电位低于0.4mV（vs.RHE）时，Pt不能吸附H2O，因此，纯Pt对甲醇的电催化活性较差[1]。

为提高金属铂对有机小分子电氧化的催化效果，国内外许多学者都对钼酸盐进行过大量的研究。

Wang等[2]的工作证实钼酸盐的存在有助于甲醇在铂电极上的电催化反应，并认为Mo的助催化作用来自于Mo（Ⅲ）和Mo（Ⅵ）之间的转变。

鉴于钼酸盐对有机小分子的电催化氧化具有较高活性，联想到杂多酸本身作为催化剂有许多优点，并且磷钼酸修饰铂电极在硫酸溶液中比钼酸盐具有更好的稳定性，我们推测杂多钼酸（盐）也有可能成为有机小分子电催化氧化的有效成分。

前期工作已证实磷钼酸修饰铂电极对甲醇氧化具有较高的催化括性[3]，本文按文献[4]方法进一步合成了磷钼钴、磷钼镍和磷钼锰三元杂多酸，通过电化学修饰制备了三种过渡金属取代磷钼酸修饰铂电极，以期得到更好的催化效果，推进直接甲醇燃料电池的实用化。

碳载铂、钌催化剂对甲醇燃料电池阳极电催化性能的研究【实验目的】甲醇燃料电池阳极催化剂的合成及其电化学催化性能的表征，此实验过程设计无机合成、物理化学及电化学等学科方向内容，对同学熟练运用化学实验基本理论、基本方法和操作具有很好的促进作用。

燃料电池是一类连续地将燃料氧化过程的化学能直接转换为电能的电化学电池，直接甲醇燃料电池（DMFC）由于其结构简单、操作方便和比能量高等优点，具有十分诱人的应用前景，引起广泛的研究兴趣，已经成为燃料电池领域的研究热点。

把相关研究作为实验内容对同学开阔视野，培养科学的思维方式及勇于创新意识具有促进作用。

1. 了解碳载铂与铂钌阳极催化剂的制备方法。

2. 了解甲醇燃料电池的工作原理，掌握催化剂电催化性能的测试方法。

3. 了解甲醇燃料电池阳极电催化反应机理。

【实验原理】一．什么是燃料电池。

燃料电池(Fuel Cell, 简称FC)发电是继水力、火力和核能发电之后的第四类发电技术。

由于它是一种不经过燃烧直接以电化学反应方式将燃料的化学能转化为电能的发电装置，从理论上讲，只要连续供给燃料，燃料电池便能连续发电。

但是，与一般电池不同，FC所用的燃料和氧化剂并不是储存在电池内，而是储存在电池外。

在这一点上，与内燃机相似。

因此，FC又被形象地称为“电化学发电机”。

二．燃料电池的分类燃料电池的分类方式有很多种，可依据所用解质性、工作温度燃料电池的分类方式有很多种，可依据所用解质性、工作温度燃料电池的分类方式有很多种，可依据所用解质性、工作温度燃料的种类以及使用方式等进行分。

目前广为采纳法是燃料的种类以及使用方式等进行分。

目前广为采纳法是依据燃料电池中所用的电解质类型来进行分，即为六燃料：①碱性燃料电池（AFC）碱性燃料电池采用氢氧化钾溶液作为电解液，电池的工作温度一般在60 -220 ℃之间。

②质子交换膜燃料电池（PEMFC）质子交换膜燃料电池采用能够传导质子的聚合物膜作为电解质，比如全氟磺酸膜（Nafion 膜），其主链为聚四氟乙烯链，支链上带有磺酸基团，可以传导质子。

活性炭负载铂催化剂的制备及活性测定摘要：用硼氢化钠还原氯铂酸制备了活性炭负载铂催化剂（Pt/C），并通过催化剂对硝基苯催化加氢制备苯胺来测定催化剂的活性，实验结果表明，用该方法制备的催化剂有较高的活性。

关键词：活性炭，铂，硝基苯，苯胺，催化剂在化学工业中，炭材料是一类使用广泛的催化剂载体。

它具有许多优良的特性，比如成本低廉，在酸碱介质中稳定性好，活性组分(特别是贵金属铂等)能够有效回收等]1[。

同时，由于炭材料的种类繁多，性质各有不同，所以如何制备高分散度、高活性的催化剂是工业催化研究面临的一个重要问题。

炭材料一般具有较大的比表面积和孔体积，有利于活性金属组分铂分散在其表面。

由于铂资源的匮乏，价格昂贵，必须采用适当的制备方法和工艺条件来减少铂粒子金属颗粒尺寸，增大铂粒子在载体上的分散度，提高催化剂的活性和铂利用率。

对于炭负载铂催化剂来说，制备方法一般有浸渍法、离子交换法、胶体法、微乳液法等。

近些年来，国内外许多研究人员已在该领域作出了大量的努力。

王莲鸳等人以200～300目的活性炭为载体，氯铂酸为前驱体溶液，甲醛为还原剂，在碱性条件下制得的1%Pt/C催化剂的铂金属颗粒大小为2～12nm左右]2[。

刘东志采用活性炭为载体，乙醇为浸渍液，与氯铂酸溶液混合，通入氢气还原至无氯化氢气体放出，然后在氮气保护下降至室温，制得铂含量为3％的催化剂。

PAP收率为68％，选择性亦可达90％以上。

在套用12次后，催化剂的活性没有发生太大的变化，当套用20次以后，PAP的收率逐渐下降到20％左右，表明催化剂的活性已明显降低]3[。

刘卫锋等将异丙醇分散的炭载体VXC-72放人2．0mol/L的KMnO4溶液中，搅拌并加热至70℃。

抽滤烘干，然后用4mol/L的盐酸溶液浸泡：抽滤烘干，然后按照计算量加入到配制的Pt(NH3)4C12溶液中，交换反应1h。

抽滤烘干，然后将之放入管式炉，在N2保护中用H2程序升温还原，得到炭载铂催化剂。

直接甲醇燃料电池碳纳米管负载的阳极催化剂研究的开题报告导言：直接甲醇燃料电池（DMFC）作为一种高效、清洁、便携式的能源转换器，在能源领域具有广泛的应用前景。

然而，DMFC还存在许多问题，例如动力输出效率低、催化剂寿命短等等。

其中，阳极催化剂是DMFC中最为重要的组成部分，其催化性能的提高是提高DMFC整体性能的关键。

因此，采用新型高效的阳极催化剂是DMFC研究中的重要方向。

本文将重点介绍一种新型阳极催化剂——碳纳米管负载的催化剂。

碳纳米管具有良好的导电性、热稳定性以及成本低廉等优点，能够提高阳极催化剂的催化性能。

本文将对碳纳米管负载的催化剂的制备方法、表征方法以及催化性能进行研究，探究其在DMFC中的应用前景。

一、研究背景直接甲醇燃料电池（DMFC）是利用甲醇进行氧化还原反应来转化化学能为电能的电池。

DMFC具有简单的结构、高效的能量转化、低噪音和低污染等优点，因此在便携式电子设备、无人机、耳机等领域得到广泛应用。

然而，DMFC还存在一些问题，例如甲醇的渗透、动力输出效率低、催化剂耐久性不够等等。

其中，催化剂是DMFC中最为关键的组成部分，其催化性能的提高是提高DMFC整体性能的关键。

目前，Pt基催化剂是DMFC的主要催化剂。

然而，Pt催化剂价格昂贵，而且易受到CO、HCOOH等物种的中毒，从而破坏催化剂表面积。

因此，开发一种替代Pt催化剂的新型阳极催化剂是DMFC研究中的重要方向。

二、研究内容和目标本文将研究碳纳米管负载的阳极催化剂。

碳纳米管具有良好的导电性、热稳定性和成本低廉等优点，能够提高阳极催化剂的催化性能。

本文将探究碳纳米管负载的阳极催化剂的制备方法、表征方法以及催化性能，并与Pt催化剂进行比较。

本文的具体研究内容包括：1. 碳纳米管负载催化剂的制备方法研究：采用浸渍沉积法制备碳纳米管负载催化剂，研究制备过程中不同条件对催化剂性能的影响，并结合XRD、TEM等手段对催化剂进行表征。

2. 碳纳米管负载催化剂的催化性能研究：采用恒电流法和循环伏安法测定催化剂对甲醇氧化反应的催化性能，并与Pt催化剂进行比较。