杂多酸在燃料电池中的应用.pptVIP

* 杂多酸催化在燃料电池中的应用 * 目录 杂多酸概述 直接甲醇燃料电池简介 杂多酸在直接甲醇燃料电池中的应用 结束语 * Heteropolyacid，简写为 HPA是一类含氧桥的多酸配位化合物，是由两种或两种以上无机含氧酸聚合而成的多元酸的总称。杂多酸通常是由杂多阴离子、反荷离子和结晶水所组成。杂多阴离子是由中心原子或杂原子通过氧桥与配位原子相连的所组成一类多聚阴离子。 杂多酸简介 杂多酸具有象沸石一样的笼状结构，由于中心原子的配位情况不同，从结构上可将杂多酸分为：Keggin 型、Anderson 型、Silver 型、Waugh 型和 Dawson 等。 * 结构确定，分子体积大，相对分子质量高。 形成的酸易溶于水或一些有机含氧溶剂中，如乙醚、乙醇、丙酮等。 具有良好的热稳定性。 由不同元素组成的杂多化合物，其酸性和氧化还原能力也不同。一般地，对于同结构的杂多酸，Mo 系要比 W 系的氧化能力强。 杂多化合物对质子和电子有转移和储存能力，具有一般配合物和金属氧化物的主要结构特征。 杂多化合物具有优越的氧化还原性，它可以发生可逆的、多电子的氧化还原反应，而本身的结构保持不变。 杂多酸及其盐的特性 * 直接甲醇燃料电池（Direct Methanol Fuel Cell，以下简称 DMFC）是以甲醇为燃料，将化学能连续不断地转化为电能的可再生清洁能源。DMFC 系统具有结构简单、能量密度高、操作温度低、无电解质腐蚀、能量效率高、无环境污染、安全可靠等优点。 直接甲醇燃料电池简介 在第五届国际氢与燃料电池博览会开幕首天，索尼展示了几款外形奇特的燃料电池产品，通过 USB 外接可以为便携移动电子设备充电。 * DMFC 燃料电池结构及工作原理 DMFC 主要由三个部分组成：阳极、固体电解质交换膜和阴极。具体的工作原理为：进入阳极的甲醇和水通过阳极扩散层至催化剂层，发生氧化反应，燃料甲醇生成二氧化碳、质子和电子，质子通过交换膜进入阴极区与氧气反应生成水。 * 由于杂多酸结构的多样性和性质的可调变性，在催化领域有较广泛的应用前景。 目前，很多研究小组将杂多酸引入到甲醇电氧化的体系中，研究杂多酸在甲醇电氧化催化剂的制备过程中、甲醇电氧化测试中的作用。 杂多酸在直接甲醇燃料电池中的应用 * 1 杂多酸修饰 DMFC 电解质膜 在 DMFC 中，由于甲醇很容易通过电解质膜（如 Nafion 212）渗透到阴极，在阴极上甲醇的氧化反应与 O2还原反应竞争，产生混合电势，引起开路电压下降 0.15-0.2 V，并且甲醇氧化后产生 CO 毒化阴极催化剂。由于甲醇渗透的存在，严重地影响 DMFC的商业化。甲醇渗透问题一直为研究的热点。 很多研究组采用修饰电解质膜的方法以减小甲醇的渗透。自组装方法（LBL）在电解质膜中有较广泛的应用。 * Yang 等人采用LBL 技术将 H3PW12O40和 PDDA 交替自组装在萘酚膜上。进行单池极化测试，发现经过 4 层自组装层修饰的 Nafion 212 膜，开路电压由未修饰时的 0.712 V 提高到 0.756 V，并且其能量密度比未修饰的 Nafion 212 膜提高 103%。当 Nafion 212 膜进行 10 次自组装修饰时，反而比自组装 4 次 Nafion 212 膜的能量输出密度小。 * 2 多酸在 Pt 基催化剂制备中的应用 (1) 多酸作为分散剂合成 Pt 催化剂 一些实验小组将多酸作为稳定剂和分散剂来制备金属纳米粒子。Han采用了PMo12分散、微波加热乙二醇的方法合成了 Pt-Ru-PMo12-MWNTs。 甲醇电氧化测试表明，合成过程中加入 PMo12的催化剂材料，电催化甲醇的性能更高。 * 合成方法：MWNTs、PMo12、H2PtCl6·H2O 的乙二醇溶液以及 RuCl3·xH2O 的乙二醇溶液与适量的乙二醇混合，KOH 水溶液调 pH 值。微波加热合成了 PMo12分散的 PtRu 合金催化剂。 * 类似方法制备得到了 Pt/Sn/PMo12/CNT，具体过程为：将 Keggin 型 H3PMo12O40（PMo12）与 H2PtCl6·6H2O、SnCl2·2H2O、CNT 以及乙二醇混合，采用微波加热的方法合成了 Pt/Sn/PMo12/CNT 样品，通过 TEM 对比发现，与未加入 PMo12的 Pt/Sn/CNT 样品相比，加入 PMo12的催化剂样品粒子分散更均匀。 * 催化剂进行氢吸附与甲醇电氧化的实验表明，氢吸附-脱附面积和甲醇电氧化的电流强度都明显提高。而且甲醇电氧化测试过程中还发现，制备过程中加入 PMo12的催化剂抗 CO 中毒性能也明显改善。长时间的循环伏安测试表明 Pt/Sn/PMo12