金铂双金属催化剂的SEM图
目前, 随着全世界对环境问题的重视, 开发新型高效清洁能源已引起世界各国的普遍重视. 燃料电池被认为是21世纪能源之星, 美国《时代周刊》将燃料电池列为21世纪高科技之首. 我国和世界上许多国家一样都非常重视燃料电池的研究开发. 最常见的直接甲醇燃料电池(DMFC)受到人们的广泛关注. 目前, 制约DMFC大规模商业化应用的有待克服的主要障碍是:(1) 低温下催化剂对甲醇的电催化氧化活性较低, 而且还易被甲醇氧化的中间产物COads所毒化; (2) 甲醇易透过Nafion膜, 会降低电池性能; (3) 甲醇有毒, 高易燃,有较大的不安全性; (4) 甲醇的最佳工作浓度只有2mol/L左右, 其冰点不是很低, 因此, 它的低温工作也是一个问题.
在DMFC中, 研究最多的阳极催化剂为Pt和Pd, 但是Pt 对氧还原和甲醇氧化没有选择性, 当其作为氧还原催化剂时也能催化氧化渗透到阴极的甲醇, 即Pt催化剂的耐甲醇能力弱, 并且甲醇氧化的中间产物还会使Pt催化剂中毒. 与DMFC相比, 直接甲酸燃料电池(DFAFC)有较多优点. 例如甲酸无毒, 不易燃, 运输和储存安全性较好. 同样, DFAFC阳极催化剂的研究也主要集中在Pt和Pd及合金上, 而且纯Pt也容易被甲酸电氧化的中间产物COads 所毒化. 为了提高Pt催化剂的活性和抗毒化能力, 人们在催化剂载体和Pt基合金方面进行了大量的研究. 例如, 选择Au修饰Pt催化剂来改变对甲酸的电催化氧化活性. 文献报道表明,Pt-Au双金属催化剂对燃料电池或生物传感器具有良好的电催化活性, 而且Au对一氧化碳具有较高的氧化活性.
苏州大学化学化工学院杜玉扣等人以玻碳电极(GCE)为基体, 采用恒电位法制备Pt-Au 双金属催化剂. 通过扫描电镜(SEM), X 射线能量色散谱(EDX)及电化学方法对催化剂样品进行了表征. SEM结果表明, Pt-Au双金属催化剂的形貌近似球状, 表面粗糙. 循环伏安法和计时电流法的测试结果表明, Au的加入有利于双金属催化剂上甲酸的电催化氧化, 并提高了催化剂对甲酸氧化的抗毒化能力. 而甲酸在催化剂上的氧化机理则通过电化学阻抗技术得到进一步说明. 同时研究了双金属催化剂中Au的不同含量对甲酸氧化的影响, 当Pt和Au物质的量比为1∶1.803时, Pt-Au/GC催化剂具有最佳的甲酸电催化氧化活性.