摘要
直接甲醇燃料电池（DMFC）的能量密度高，运行温度低，设计简单，不受卡诺循环限制，是当今最有前途的清洁能源之一。阳极催化剂的发展是实现DMFC商业化的关键。Ni基催化剂因在碱性燃料电池中具有较高的甲醇电氧化（MOR）活性得到了广泛地研究。其中，负载镍的Beta沸石催化剂被用于进行甲醇电氧化反应，并表现出良好的MOR性能。但目前仍存在反应物及产物的传质扩散限制、合成方法繁琐以及催化剂制备过程中的环境及成本问题。因此本文分别通过调控催化剂形貌和分子筛表面的酸性位点改善催化剂活性及稳定性，并进一步优化了催化剂的合成方法，探讨新催化剂体系下的MOR过程。 以硅酸四乙酯为硅源采用无模板剂法合成了单分散、小尺寸（200nm）、具有截角八面体形貌的Beta分子筛。探究碱硅比和水硅比对沸石晶型和形貌的影响。采用离子交换法，通过改变与硝酸镍溶液的交换次数制备了不同Ni负载量的质子化H-Ni-Beta催化剂，并将其应用于MOR反应。采用循环伏安法（CV）、计时电流法（CA）及电化学阻抗谱（EIS）探究其对MOR的催化性能。当离子交换次数为7次（Ni负载量为1.647%）时，合成的催化剂在+0.67Vvs.Hg/HgO电位下表现出最高的甲醇氧化电流密度，为5.72mAcm?2。通过与常规以气相二氧化硅为硅源合成的Beta沸石催化剂进行对比，阐明以TEOS为硅源合成的Beta沸石催化剂对MOR催化性能的提升机制。 通过简单的无模板剂一锅法制备了Ni掺杂的Beta沸石（Ni-Beta）催化剂。考察Ni掺杂量对合成产物形貌和晶型的影响。对合成的Ni-Beta沸石进行质子化得到Ni-H-beta沸石，采用紫外可见光光谱、X-射线光电子能谱表征质子化前后催化剂中Ni元素的存在形式。将合成的沸石用于MOR反应。通过CV和EIS探究质子化过程和Ni掺杂量对催化剂性能的影响。合成的Ni-H-beta催化剂（Ni的掺杂量为0.834%）具有最高的MOR活性，在+0.66vs.Hg/HgO电位下的质量活性为71.6A?g?1。阐明催化剂的质子化过程对MOR反应的强化机理。通过质子化过程，Ni物种由NiO及Ni2+的形式转变为Ni2+和Ni3+的形式存在，催化剂的的比表面积和孔结构增大，并引入酸性位点，使催化剂的MOR活性得到显著提升。另外，通过CA考察了催化剂的稳定性。
NETL