高催化性能、低鉑載量燃料電池復(fù)合催化劑的制備及其電催化性能研究.pdf

1、貴金屬Pt及其復(fù)合材料是燃料電池中廣泛使用的電催化劑。鉑做為燃料電池催化劑，同樣也遇到一些問(wèn)題：（1）鉑作為稀有金屬短缺；（2）成本高；（3）抗毒能力差。因此仍需要降低Pt的使用量和提高催化劑的催化活性。將鉑與其他材料進(jìn)行復(fù)合能有效提高其催化性能和抗中毒性能并可以降低鉑的載量，有效的解決這一問(wèn)題。
　　本論文針對(duì)制備高催化效能，低Pt載量的燃料電池催化劑進(jìn)行研究，并測(cè)試了相應(yīng)的催化性能。通過(guò)電化學(xué)沉積的方法分步制備了納米多孔金負(fù)載

2、Pt/Sb2O3催化劑。用納米多孔金（NPG）薄膜作為載體，以氯鉑酸（H2PtCl6）和三氯化銻（SbCl3）作為反應(yīng)前驅(qū)物，分別使用循環(huán)伏安法（CV）和線性掃描法（LS）將鉑和銻沉積在了納米多孔金表面，得到了NPG/Pt(Sb2O3)催化劑并對(duì)其結(jié)構(gòu)和表面性質(zhì)通過(guò)X射線粉末衍射（XRD）和掃描電子顯微鏡(SEM)方法進(jìn)行了表征測(cè)試。XRD測(cè)試結(jié)果表明制備得到了納米多孔金負(fù)載Pt/Sb2O3催化劑，SEM結(jié)果表證結(jié)果顯示Sb2O3成功的

3、外延生長(zhǎng)在了NPG/Pt表面并且呈分散性良好的形貌，具有良好的結(jié)構(gòu)連續(xù)性和完整性。組裝單電池，運(yùn)用電化學(xué)工作站對(duì)其基本電化學(xué)性能進(jìn)行了測(cè)試。重點(diǎn)研究了NPG/Pt(Sb2O3)催化劑對(duì)氧還原電化學(xué)反應(yīng)的催化性能，并測(cè)試了其對(duì)甲醇的電氧化。測(cè)試結(jié)果表明，作為陰極電催化劑，NPG/Pt(Sb2O3)催化劑表現(xiàn)出了良好的催化活性，主要表現(xiàn)在極限電流比NPG/Pt的極限電流明顯高出許多，而起峰電位并沒(méi)有低于其起峰電位。同時(shí)與NPG/Pt催化劑相

4、比，NPG/Pt(Sb2O3)催化劑有更高的電子轉(zhuǎn)移數(shù)，更大的動(dòng)力學(xué)電流密度。這說(shuō)明催化劑的ORR活性在有Sb2O3做助催化劑后催化活性得到了有效的提高。作為陽(yáng)極催化劑，循環(huán)伏安測(cè)試結(jié)果表明該NPG/Pt(Sb2O3)催化劑在酸性介質(zhì)中對(duì)甲醇的電催化活性比NPG/Pt催化劑有明顯的提高。
　　其次，用納米多孔金（NPG）薄膜作為載體，依然采用電化學(xué)沉積法制備了NPG/PtRu催化劑，首先以氯鉑酸（H2PtC l6）為電鍍液，采用欠

5、電位沉積法將鉑沉積到了納米多孔金（NPG）表面，其次在三氯化釕（RuC l3）溶液中，采用線性掃描的方法將釕沉積在了NPG/Pt表面，進(jìn)行了8次掃描，每掃描一次即為一次沉積，通過(guò)改變掃描的次數(shù)控制沉積的釕的量，得到了不同沉積次數(shù)的NPG/PtRu催化劑。催化劑的性質(zhì)采用X射線粉末衍射（XRD）和掃描電子顯微鏡(SEM)及能譜分析方法進(jìn)行表征測(cè)試。催化劑對(duì)甲醇的催化性能使用電化學(xué)工作站進(jìn)行測(cè)試，NPG/PtRu催化劑較NPG/Pt催化劑對(duì)

6、甲醇的催化展示出了更好的催化性能，沉積6次的NPG/PtRu催化劑對(duì)甲醇催化的催化性能最佳，起峰電位最低，峰電流最大。Ru的加入改善了催化劑的催化活性和抗中毒性，提高了其催化性能。
　　此外，制備了高活性、低鉑載量的PtCu/C合金催化劑。采用微波還原法制備了Pt：Cu=1:1，1:2，2:1，3:1，4:1（理論原子比）的PtCu/C雙組元合金催化劑，考察了不同原子比的PtCu/C雙組元合金催化劑對(duì)甲醇、乙醇、甲酸的催化性能及氧

7、還原活性。通過(guò)透射電子顯微鏡（TEM）、X射線衍射（XRD）、循環(huán)伏安法（C V）、計(jì)時(shí)-電流法等分析測(cè)試技術(shù)，對(duì)催化劑的形貌、結(jié)構(gòu)、電化學(xué)性質(zhì)等進(jìn)行了詳細(xì)研究。電化學(xué)測(cè)試結(jié)果表明，作為陽(yáng)極催化劑，原子比為1:1的PtCu/C合金催化劑對(duì)甲醇甲酸乙醇均表現(xiàn)出了良好的電催化活性。作為陰極催化劑，理論原子比為2:1的PtCu/C合金催化劑的氧還原反應(yīng)活性與相同Pt載量的Pt/C相比起峰電位明顯增大，峰電流顯著提高。主要原因在于Cu的加入改變