鈷-聚吡咯-碳類(lèi)質(zhì)子交換膜燃料電池陰極氧還原催化劑的制備和性能研究.pdf

1、受氧還原的慢動(dòng)力學(xué)影響和貴金屬催化劑成本高、利用效率低的限制,陰極氧還原電催化劑已成為制約質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)商業(yè)化的主要因素之一。聚吡咯(PPy)類(lèi)過(guò)渡金屬催化劑,由于其特殊的結(jié)構(gòu)和獨(dú)特的性質(zhì),對(duì)分子氧表現(xiàn)出良好的催化活性和穩(wěn)定性,有望取代貴金屬而成為PEMFC陰極氧還原電催化劑,近年來(lái)成為學(xué)術(shù)界關(guān)注的焦點(diǎn)課題。本論文首先采用原位聚合法制備了PPy修飾的C(PPy/C),并通過(guò)紅外光譜、拉曼光譜、SEM等對(duì)PPy與C之間的

2、結(jié)合方式進(jìn)行了表征和分析；然后再將該復(fù)合載體與鈷鹽相結(jié)合,經(jīng)高溫?zé)崽幚碇频么呋瘎〤o-PPy/C,對(duì)比研究了熱處理溫度、時(shí)間、保護(hù)氣氛對(duì)Co-PPy/C結(jié)構(gòu)和氧還原催化性能的影響,優(yōu)化了催化劑Co-PPy/C的制備過(guò)程工藝條件。為了進(jìn)一步改善Co-PPy/C的氧還原催化性能,本論文使用對(duì)甲苯磺酸(TsOH)作為摻雜劑制得了催化劑Co-PPy-TsOH/C,其氧還原催化活性比Co-PPy/C明顯提高,以其為陰極催化劑的PEMFC的性能比以

3、Co-PPy/C為催化劑的PEMFC大幅度提高,在陰極Co載量為0.35mg/cm2、不加背壓的條件下,最大功率密度超過(guò)200mW/cm2,當(dāng)施加1atm的背壓時(shí)達(dá)到250 mW/cm2以上,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出目前可查閱到的文獻(xiàn)報(bào)道的關(guān)于同類(lèi)催化劑的最高水平。論文還采用同步熱分析、高溫原位XRD、拉曼光譜、元素分析和TEM等方法對(duì)TsOH改性Co-PPy/C的機(jī)理進(jìn)行了分析。最后,本文用Minitab方法研究分析了TsOH的摻雜量和吡咯的用量對(duì)催