無機(jī)膠體法制備Pt-C和Pt-Cr-C催化劑.pdf

1、質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)作為一種理想的低溫燃料電池,具有高能量密度、運(yùn)行溫度低和穩(wěn)定性能較好等優(yōu)點(diǎn),在航天領(lǐng)域、潛艇、電動車等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景.目前,PEMFC主要采用碳載鉑作為其電催化劑,但由于鉑資源匱乏、價格昂貴,所以限制了PEMFC的廣泛應(yīng)用,因此如何降低PEMFC用電催化劑的成本,提高其性能成為PEMFC的關(guān)鍵技術(shù)之一,國內(nèi)外研究者針對此已經(jīng)進(jìn)行了大量的研究,其中包括高性能Pt/C催化劑的研究、Pt基合金催化劑的研究

2、等. 本文提出了一種制備Pt/C電催化劑的新方法--無機(jī)膠體法.采用無機(jī)膠體法對Pt/C電催化劑的制備及其表征進(jìn)行全面的研究,重點(diǎn)考察和研究了影響膠體的形成和穩(wěn)定性的因素、還原劑的種類、載體碳的預(yù)處理和Pt/C催化劑熱處理等多種因素對所制備的Pt/C電催化劑的物化性能以及電化學(xué)性能的影響,并與進(jìn)口Johnson Mattlley商用20wt﹪Pt/C進(jìn)行性能比較.本文也研究了回收質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)失效的Pt/C催化

3、劑的技術(shù),通過高溫灼燒得到貴金屬Pt渣.Pt渣經(jīng)適量王水溶解、煮沸、濃縮和再稀釋制成H<,2>PtCl<,6>溶液,采用無機(jī)膠體法重新制備出PEMFC用Pt/C催化劑.透射電子顯微鏡測試結(jié)果表明,采用經(jīng)優(yōu)化的工藝條件所制備的Pt/C催化劑平均粒徑為3nm,且分散性好、粒度均勻.X-射線衍射分析表明,催化劑中Pt的晶格參數(shù)比較小,晶格參數(shù)減小,有利于加速氧還原反應(yīng).循環(huán)伏安法測試表明所制備的Pt/C催化劑對氫和氧電極過程具有良好的電催化性

4、能.單體PEMFC的電壓/電流密度曲線測試表明,所制備的Pt/C催化劑具有良好的電化學(xué)性能. 在Pt/C電催化劑制備新方法研究的基礎(chǔ)上,探索性研究了采用無機(jī)膠體法制備用于氧還原反應(yīng)(ORR)的Pt-Cr/C電催化劑的分步還原制備法和同步還原法制備法.實(shí)驗(yàn)表明,Pt-Cr/C合金催化劑顆粒粒徑在8～13nm之間,影響催化劑活性的結(jié)構(gòu)因素發(fā)生了變化.XRD證明,合金催化劑的晶格參數(shù)明顯變小,Pt3Cr(100)暴露程度的增加,這有利