直接甲酸燃料电池用过渡金属-倍半硅氧烷阳极催化剂的制备及活性研究

由于甲酸具有无毒、不易燃、电化学氧化性好和允许浓度高等优点，直接甲酸燃料电池(DFAFC)最有潜力应用到便携式电源领域。现有的甲酸氧化阳极催化剂中，都使用Pd、Pt和Au等贵金属，而且其稳定性较差，因此，探索新的甲酸氧化阳极催化剂体系具有重要的研究意义。本项目研究过渡金属-倍半硅氧烷配合物复合催化剂的制备，并用扫描电化学显微镜的针尖发生-基底测试(TG-SM)的反馈模式研究催化剂氧化甲酸的活性和稳定性；研究过渡金属离子和倍半硅氧烷配合物的结构以及共混配合物的组成、电解液组分及杂质对甲酸氧化性能的影响，得到具有较好稳定性的过渡金属-倍半硅氧烷配合物的甲酸氧化催化体系，研究影响甲酸氧化的电催化稳定性的因素及其机理，为过渡金属-倍半硅氧烷配合物复合催化剂在DFAFC中的实际应用打下基础。

本项目发展了基于多面体聚倍半硅氧烷（POSS）制备铂基二元合金纳米粒子PtBi、PtPd、PtCo、PtNi、PtRu和PtSn的合成方法，用透射电子显微镜（TEM）和X射线衍射（XRD）对材料的形貌，结构进行表征，利用电化学测试技术对其催化甲酸氧化的活性和稳定性进行了深入的研究，研究了过渡金属离子和倍半硅氧烷配合物的结构对甲酸氧化性能的影响，得到具有较好稳定性的过渡金属-倍半硅氧烷配合物的甲酸氧化催化体系。结果显示，基于POSS制备的二元合金纳米粒子可降低CO的氧化电位，加快COad氧化速度，提高催化性能，防止催化剂CO中毒，对直接甲酸氧化过程具有良好的催化活性及稳定性。.本项目所制备的过渡金属-倍半硅氧烷阳极催化剂对提升甲酸氧化过程中的电化学性能具有显著意义，在直接甲酸燃料电池（DFAFC）实际应用中具有广阔的前景。相关结果已在Electrochim. Acta，Int. J. Hydrog. Energy，Microchim. Acta等杂志上发表。目前已发表论文16篇（其中SCI收录14篇），获得授权专利7项。