直接甲醇燃料电池耐甲醇氧还原电催化剂的研究

首先介绍了钒钛催化剂催化氧化SO₂的反应机理及其研究进展，随后综述了影响SO₂氧化率的主要因素，主要包括催化剂中V₂O₅含量、催化助剂、飞灰、壁厚及烟气成分、反应温度等，并详细地分析了各因素对SO₂氧化率的影响特性。在此基础上，综述了控制SCR催化剂SO₂氧化率的方法。最后指出SO₂氧化率控制技术的发展对低SO₂氧化率脱硝催化剂的开发、失活催化剂的再生以及废弃催化剂的回用等均有着重要意义。

氧化率催化剂V2O5含量对SO2氧化率的影响

V₂O₅对钒钛催化剂的SCR反应和SO₂氧化反应均具有强烈的催化作用，且上述两个反应的转化率均与V₂O₅含量密切相关。研究表明，随着V₂O₅含量的增加，两个反应的转化率均增加，但是SO₂/SO₃转化率的增速更快，这是因为SO₂的氧化率与催化剂的氧化性密切相关。V₂O₅晶体是工业制备硫酸所用催化剂的主要活性物质，所以随着V₂O₅含量的增加，催化剂的氧化性不断增强，使得SO₂的氧化率不断提高。由此可知，可以通过适当降低V₂O₅含量的方式来控制SO₂氧化率，但这要以牺牲部分脱硝效率为代价，所以单纯减少V₂O₅含量并不是控制SO₂氧化率的最优路径。

氧化率催化助剂对 SO2 氧化率的影响

商业SCR脱硝催化剂的主要成分为V₂O₅活性组分和TiO₂载体，此外为了优化催化剂的某些性能，还需要掺杂特定的金属氧化物作为催化助剂，其中最常见的催化助剂为WO₃和MoO₃，这些催化助剂的存在对SO₂氧化率有着一定的影响。

一般而言，WO₃的掺杂主要是为了提高催化剂的热稳定性和表面酸性。值得注意的是，SAZONOVA等的研究表明WO₃的掺杂还能有效降低催化剂的SO₂氧化率，提高其抗硫性能。然而，DUNN等的研究取得了与之相反的结果，认为WO₃的掺杂会使催化剂的SO₂氧化率提高，MORIKAWA等也获得了相似的研究结果。与WO₃的作用相似，MoO₃的掺杂也是为了提高催化剂的热稳定性和表面酸性，另外还能增强催化剂的抗As中毒能力。KWON等发现MoO₃的掺杂还能够抑制SO₂与V=O键的反应，进而减弱SO₂在催化剂表面的吸附，且研究还发现催化剂中Mo⁶ /Mo⁵ 比值越高，抗硫性能就越好。

虽然WO₃对SO₂氧化率的具体作用存在争议，但催化助剂对SO₂氧化率会产生影响已毋庸置疑，这为改善催化剂的抗硫性能提供了一种可能的方法，即通过引入特定的物质来抑制SO₂的氧化。

氧化率催化剂壁厚对SO2氧化率的影响

商业SCR催化剂有蜂窝式、平板式和波纹板式等型式，不同型式的催化剂的壁厚有所不同，一般而言，催化剂壁越薄，SO₂氧化率越低，但对应的力学性能也会越差。因此，在进行催化剂成型时，应综合考虑力学性能和 SO₂氧化率之间的关系。

探索研究抗CO中毒、催化甲醇电化学氧化活性高、成本相对低廉的直接甲醇燃料电池（DMFC）阳极新型纳米电催化剂。探讨新型电催化剂的组成-制备-结构-性能-机理间的关系，特别研究电催化剂的结构与微结构（如几何构型和电子状态等）对抗CO中毒及催化甲醇电化学氧化性能的影响，从而阐明反应物在催化剂上形成吸附键的强弱、作用机制及催化动力学性能。目的是为获得高效、长寿命、廉价的DMFC阳极新型纳米电催化剂提供理 2100433B

直接甲醇燃料电池的工作原理与质子交换膜燃料电池的工作原理基本相同。不同之处在于直接甲醇燃料电池的燃料为甲醇(气态或液态)，氧化剂仍为空气和纯氧。直接甲醇燃料电池的工作原理如图1《DMFC原理图》所示。其阳极和阴极催化剂分别为Pt-Ru/C(或Pt-Ru黑)和Pt-C。其电极反应为

阳极：CH₃OH H₂O→CO₂ 6H 6e^-

阴极：1.5O₂ 6e^- 6H →3H₂O

电池的总反应为CH₃OH 1.5O₂→2H₂O CO₂

通过热力学关系和热力学数据，可得到DMFC在标准状态下的理论开路电压(可逆电动势)为：

E₀=-△G₀/nF=-(-702450)/(6×96500)=1.213V

对于DMFC理论转换效率，由热力学数据可得η=△G÷△H=-702450÷(-26550)=96.68%

实际上由于电池内阻的存在和电极工作时极化现象的产生，特别是甲醇有较高的氧化过电位，使得电池实际效率和比能量大大降低。