質(zhì)子交換膜燃料電池陽(yáng)極非貴金屬催化劑的研究.pdf

1、質(zhì)子交換膜燃料電池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC)電極普遍采用Pt/C電催化劑。由于鉑資源非常匱乏，極大的限制了PEMFC的大規(guī)模應(yīng)用，尋求可替代Pt/C催化劑的非貴金屬材料，已經(jīng)迫在眉睫。本文選擇了W、Mo、Co等金屬，采用浸漬還原法、熱還原法、改進(jìn)的熱還原法以及溶膠凝膠法分別制備了這幾種金屬的碳載催化劑，對(duì)制備出的非貴金屬催化劑進(jìn)行了電化學(xué)測(cè)試、X-射線衍射(X-ray Diffr

2、action,XRD)、透射電子顯微鏡(Transmission Electron Microscopy,TEM)等測(cè)試，研究結(jié)果表明：這些非貴金屬在硫酸體系中對(duì)氫氣的氧化反應(yīng)均有一定的催化活性。
　　通過(guò)對(duì)不同載量的催化劑進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，如果催化劑顆粒不導(dǎo)電，適量的碳粉對(duì)于催化劑的導(dǎo)電性是必需的，不能無(wú)限制增加催化劑的載量。以硼氫化納(NaBH4)為還原劑的浸漬還原法制備的Mo、Co催化劑并不能得到單質(zhì)的金屬，而且抗腐蝕性能不好。

3、其中，Co催化劑的抗腐蝕性比Mo催化劑更差。對(duì)Co催化劑采用摻雜Mo或W后發(fā)現(xiàn)，催化劑的抗腐蝕性能增加了，但是催化劑的活性基本不變。用氫氣在800℃高溫下熱還原的方法制備的Co催化劑能夠得到單質(zhì)的Co，但是此催化劑的抗腐蝕性能也很差。
　　采用普通熱還原法，制得碳化鉬和碳化鎢催化劑。其中碳化鉬以Mo2C形式存在，碳化鎢以W2C和WC的形式存在。由于W2C的存在導(dǎo)致催化劑的抗腐蝕性能不好，而Mo2C催化劑抗腐蝕性能相對(duì)較好。通過(guò)比較

4、不同的制備方法發(fā)現(xiàn)，溶膠凝膠法制備的Mo2C催化劑對(duì)氫氣的活性最好，改進(jìn)的熱還原法制備的催化劑的活性其次，性能最差的是普通熱還原法。三種方法制備出的催化劑粒徑也是依次增大，分別為6nm、10nm和13nm左右。其中性能最好的載量為40mass％的Mo2C/C催化劑在0.5mol·L-1的硫酸溶液中，電極電位0.5V時(shí)電流密度達(dá)到0.035mA·cm-2，載量為2mass%的Pt/C催化劑在同樣條件下電流密度達(dá)到0.12mA·cm-2。嘗

5、試了對(duì)Mo2C/C摻雜Pt的實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)含40mass%的Mo2C和2mass%的Pt的催化劑比載量為2%的Pt催化劑性能大有提高，在0.5mol·L-1的硫酸溶液中，電極電位0.5V時(shí)電流密度達(dá)到0.34mA·cm-2。對(duì)于摻雜Pt的制備方法也進(jìn)行了研究。先制備出Mo2C/C催化劑，然后用硼氫化納還原出Pt的方法制備的催化劑催化活性最好，抗腐蝕性能最好。單純用浸漬還原法同時(shí)還原出Mo和Pt的方法不管是催化活性和抗腐蝕性能都最差，將此方法