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拥有多孔表面的杂化碲铂纳米线:电催化氧化甲醇

已有 3434 次阅读 2011-6-24 23:12 |系统分类:科研笔记| 新能源技术

1839年, Wi11iam Grove爵士通过将水的电解过程逆转而发现了燃料电他的原理。他能够从氢气和氧气中获取电能。由于氢气在自然界不能自由地得到,在随后的几年中,人们一直试图用煤气作为燃料,但均未获得成功。 1866年,西门子公司创始人 Werner von Siemens先生发现了机一电效应。这一发现启动了发电机的发展,并使燃料电池技术黯然失色。直到20世纪60年代,宇宙飞行的发展,才使燃料电池技术重又提到议事日程上来。出于对能保护环境的能源供应的需求,激发了人们对燃料电池技术的兴趣。

燃料电池作为一种不经过燃烧直接以电化学方式将燃料的化学能转化为电能的发电装置,是继水力、火力和核能发电之后的第四类发电技术,受到各国的政府与大公司的重视。不过目前燃料电池仍存在两个基本技术问题:一是反应速率慢,结果导致输出电流低和输出功率小,另外,相对来说,氢气并不是一种易得的燃料。为解决这些问题,各国科学家探索研究了各种各样类型的燃料电池。迄今为止,己研究开发出来的燃料电池根据所采用电解质种类的不同可以分为迄今为止,己研究开发出来的燃料电池根据所采用电解质种类的不同可以分为:碱性燃料电池,一般以氢氧化钾为电解质,这种电解液效率很高(可达60一90%),但对影响纯度的杂质,如二氧化碳很敏感,因而运行中需采用纯态氢气和氧气。这一点限制了其在宇宙飞行及国际工程等领域的广泛应用。质子交换膜燃料电池,以全氟或部分氟化的磺酸型质子交换膜为电解质,这种电解质具有高的功率一重量比和低工作温度,是适用于固定和移动装置的理想材料。磷酸型燃料电池,采用200℃高温下的磷酸作为其电解质,很适合用于分散式的热电联产系统。熔融碳酸盐型燃料电池,以熔融的锂一钾碳酸盐或锂一钠碳酸盐为电解质;固体氧化物燃料电池,以高温固体氧化物为氧离子的导体。

其中,直接乙醇燃料电池与质子交换膜燃料电池相似,只是燃料改为液态的几乎无毒的乙醇。其实,直接甲醇燃料电池技术已经比较成熟,许多公司已有商业化产品,只是甲醇有毒,无法大量推广。而乙醇作为最小的含碳分子,能量比高,是较合适的选择。只是乙醇的完全氧化是12电子过程,机理较复杂,涉及到C一C键的断裂,阳极反应动力学过程也比较缓慢。为此,人们对铂电极上乙醇的电催化氧化及其机理进行了大量研究。因为过渡金属Pt价格昂贵,氧化过程中容易被中间产物COads毒化等原因,限制了实用化、民用化的进程。所以降低贵金属的用量,提高催化剂的活性已成为小分子氧化电催化研究的重要方向。因此选择合适的基底材料,合适的制备方法,以起到分散催化剂的作用。另外,常常引入另一种或多种金属元素,利用其“协同作用”,以减轻和避免催化剂中毒。总之,制备高分散、高催化活性的催化剂,成为研究的重点。

中科院长春应化所是我国最早研究燃料电池的相关机构,他们曾经以碲纳米线为载体,合成碲铂半导体、金属异晶结构杂化纳米线,而且是铂纳米颗粒是室温合成不用模板和表面活性剂,碲铂可以自然地吸附在一起。并且铂颗粒大小只有3纳米,由此形成多孔结构,与商业化的铂碳相比,可以提供更多的电活性表面积。

铂是非常有用的贵金属,而碲也是良好的半导体材料,合成出如此异晶结构,相信在其他方面也会有很好的应用。



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