调变多元醇法制备高载量Pt/C催化剂对甲醇氧化的电催化活性

采用一种新的调变多元醇法制备用于直接甲醇燃料电池的50％(质量分数,下同)Pt/C阴极电催化剂.利用X射线衍射、透射电镜以及动态伏安法表征催化剂的物相组成、微观组织形貌以及电化学性能.研究结果表明,该法制备的Pt/C催化剂平均粒度小(约为2.52 nm)、粒度分布均匀、分散性好,峰电流密度为740.7 mA/mg.通过对比实验,发现采用该法制备的催化剂对甲醇氧化的电催化活性、稳定性均优于同类型载铂量更高的商品催化剂.     

Fe掺杂对质子交换膜燃料电池Pt/C催化剂性能的影响

用铁作掺杂元素,通过液相均相沉淀-气/固高温还原两段反应方法制备了碳载Pt-Fe合金催化剂,比较了3种不同Fe含量催化剂的电催化性能.采用X射线衍射和X光电子能谱技术研究了Fe掺杂对Pt/C催化剂晶体结构及表面元素存在形态的影响.结果显示:Pt-Fe/C催化剂比单一Pt/C催化剂有更小的晶格参数,其中Fe元素可能的存在形态应为与铂结合的合金态,但不排除表面存在部分氧化态.单电池放电稳定性实验表明:在200 mA·cm-2电流密度下放电时电池电压基本稳定,其中Pt与Fe摩尔比为1∶1时电极催化效果相应较好,但大电流密度放电时电池电压下降比单一Pt/C催化剂电极的快,这说明Fe的加入能提高催化剂的电催化性能,但阴极表面氧原子浓度较大时,Fe可能发生氧化而使得电极稳定性受到影响.     

中科院大连化物所质子交换膜燃料电池用Pt/C电催化剂的研究

电催化剂是质子交换膜燃料电池中非常重要的关键材料，文中详细地介绍了大连化学物理研究所燃料电池工程中心所研制的高分散度Pt/C催化剂的制备和表征结果，采用这种Pt/C催化剂组装了5kW的电池组，电池组良好的性能验证了催化剂的高活性，为了提高催化剂的利用率，文中研究了催化剂分散度和电池性能的关系，研究表明阳极侧催化剂分散度越高对提高电池的性能越有利，而在阴极侧Pt分散度的增加对电池的性能影响不大，这是因为反应界面上Pt分散度增加后降低了氧还原反应的比活性。     

柠檬酸盐稳定法制备直接甲醇燃料电池高活性Pt/C催化剂

采用不同还原剂和碳载体,通过柠檬酸盐稳定法制备直接甲醇燃料电池用担载量为60%的Pt/C催化剂,通过X射线衍射（XRD）,透射电子显微镜（TEM）和循环伏安（CV）等手段对催化剂进行表征。结果表明：柠檬酸盐加入和还原剂优化可以很好地控制铂纳米颗粒的粒径,而碳载体的选择对催化剂的电催化活性有很大影响。在采用柠檬酸钠做稳定剂、甲醛做还原剂、BP2000碳粉做载体的条件下,制备的60%Pt/BP2000催化剂性能最佳,平均粒径约2nm,电化学活性面积为66.46m2/g。使用该材料作为阴极催化剂的直接甲醇燃料电池单电池最大功率密度可达到78.8mW/cm2。     

质子交换膜燃料电池催化剂研究

质子交换膜燃料电池(PEMFC)的有效电催化剂仍以铂为主.由于铂价格昂贵,资源匮乏,使得PEMFC成本高,限制了其广泛应用,所以降低贵金属催化剂用量,寻找廉价催化剂,提高电极催化剂性能成为电极催化剂研究的主要目标.采用铂/碳催化剂,将铂催化剂担载在高活性碳材料上,可以将铂的担载量从4 mg/cm2降低到0.7 mg/cm2～1.0 mg/cm2,甚至到0.05 mg/cm2～0.2 mg/cm2,有效提高了铂的利用率.铂合金电催化剂以Pt-Ru为主,通过Pt和Ru的协同作用,大大减少了铂的用量(Pt与Ru的质量比为0.05:1),提高了催化剂抗CO性能.多元复合催化剂和非铂系催化剂也是目前的研究热点.     

车载燃料电池用铂基催化剂的研究进展

能源危机和环境污染是车载燃料电池发展的主要驱动力。电催化剂的性能和成本是制约其实现商业化的关键因素之一。目前,车载燃料电池用催化剂主要是铂(Pt)基催化剂,文章对质子交换膜燃料电池、直接甲醇燃料电池和甲酸燃料电池三种车载燃料电池用铂基催化剂的研究进行综述,并对其存在的问题进行了分析和讨论。     

直接甲醇燃料电池用铂-钌阳极催化剂

直接甲醇燃料电池（DMFC）是质子交换膜燃料电池（PEM）的变种，可直接使用甲醇溶液，不需要前期处理。在DMFC中，像标准的PEM燃料电池一样，甲醇在阳极上转变成二氧化碳和氢气，氢气再与氧气发生反应。传统的DMFCs用材包括铂-钌（Pt-Ru）电催化剂和作为电催化剂载体的各种形态的碳。为了改善DMFCs的性能，使用对甲醇氧化具有高活性电催化剂是十分必要的，这样的催化剂通常是由无载体的金属浆料或者载于高比表面的导电碳上的纳米复合材料制成。目前，用于甲醇氧化的电催化剂主要是含铂的混合金属催化剂。 美国范德比尔特（Vanderb…     

热处理对Pt纳米线电催化性能的影响

采用阳极氧化铝(AAO)模板法电化学沉积制备了Pt纳米线催化剂,并进行了热处理。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和电化学测试对热处理前后Pt纳米线催化剂的晶体结构、形貌和电催化性能进行了表征,并与商业碳载铂(Pt/C)做对比。SEM照片表明制备了表面粗糙的Pt纳米线。循环伏安法(CV)和计时电流曲线表明,Pt纳米线较Pt/C催化活性高,退火后Pt纳米线更利于甲醇氧化,且稳定性更好。旋转圆盘电极(RDE)测试研究发现,未经热处理的Pt纳米线催化剂氧还原反应(ORR)极化曲线的半波电势相对Pt/C有正移,有更大的极限扩散电流,利于氧还原反应的发生。     

喷雾干燥法制备碳载铂钴镍合金催化剂及其甲醇催化氧化性能研究

本文以氯铂酸、氯化镍和硝酸钴为原料,XC-72炭黑为载体,通过雾化干燥法结合煅烧还原制备碳载铂基（PtCo Ni）分散性好的多元合金纳米粒子催化剂。重点研究表面经过改性的炭黑对合金纳米粒子形成和分散的影响规律,研究碳载PtCoNi（原子比为1:1:1）合金纳米粒子的甲醇催化氧化活性、抗CO中毒能力和耐久性,以及不同原子比对催化氧化甲醇活性和抗CO中毒能力的影响规律。研究结果表明,采用表面改性后的炭黑作为载体,制备的碳载铂基（PtCoNi）催化剂为合金纳米粒子,且纳米粒子在炭黑表面分散均匀,粒径分布在1-4nm,平均粒径为2.3nm;与商用的Pt/C催化剂相比,PtCoNi/C（原子比为1:1:1）催化剂具有更高的甲醇催化氧化活性、耐久性和抗CO中毒性;不同原子比铂基多元催化剂在催化氧化甲醇活性上的顺序为：PtCoNi/C>Pt3CoNi/C>Pt5CoNi/C,抗CO中毒性顺序为：PtCoNi/C>Pt3CoNi/C>Pt5CoNi/C。     

碳载铂纳米微粒修饰的玻碳电极对甲醇的电催化氧化

利用X射线粉末衍射、透射电镜和扫描电镜对商用Pt/C催化剂反应前后的变化进行了物化表征，同时应用电化学方法研究了甲醇在碳载铂纳米微粒修饰的玻碳电极上的电催化氧化性能。结果表明，修饰电极对甲醇氧化呈现较高的电催化活性。铂氧化物的电化学还原在Pt/c催化剂中受到了抑制，该现象可能是由于Pt与载体碳间的强烈作用所引起的。通过扫描电镜和循环伏安研究表明，该催化剂对甲醇的氧化可能存在着表面结构敏感效应。     

Fabrication, annealing, and electrocatalytic properties of platinum nanoparticles supported on self-organized TiO2 nanotubes

The platinum nanoparticles supported on self-organized TiO2 nanotubes （Pt-TiO2/Ti） were prepared using electrochemical anodic oxidation followed by cathodic reduction. The structure and chemical nature of the Pt-TiO2/Ti electrocatalyst were investigated by X-ray diffraction （XRD） and scanning electron microscopy （SEM）. Both XRD and SEM results indicate the presence of platinum on nanotubular TiO2. The stability of the Pt deposits was also investigated in 0.5 mol/L H2SO4 solution by cyclic voltammetry. The electrocatalytic activity of the Pt-TiO2/Ti catalyst exhibits enhancement effect during electro-oxidation of methanol when annealed to anatase. Successive cyclic voltam- mograms of methanol oxidation on the Pt-TiO2/Ti electrocatalyst shows unique electrocatalytic characteristics when compared to methanol oxidation on the bulk Pt catalyst. This is because of further quick oxidation of adsorbed CO by Pt （111） facets of Pt particles on self-organized TiO2 nanotubes when the formation of an electroactive film onto the working catalyst surface occurs.     

New Pt–Ru solid compounds as precursors of anodic catalysts for direct methanol fuel cell

This research is aimed to increase the activity of platinum–ruthenium alloy catalysts, thus to lower the catalyst loading in anodes for methanol electrooxidation. The DMFC catalyst consisting of Pt–Ru/C were prepared from (NH₄)₂PtCl₆ and Ru(OH)₃ as solid precursors at different temperatures and times of duration during their reduction. Their performances were examined by cyclic voltammograms and chronoamperometric curves. The particle size and its distribution in the catalysts were determined by means of TEM and XRD. It is found that the XRD patterns of the catalyst prepared from (NH₄)₂PtCl₆ and Ru(OH)₃ as precursors show Pt reflexions with f.c.c. crystal structure. There are diffraction peaks indicating the presence of either pure Ru or a Ru-rich h.c.p. phase, which has not been alloyed with Pt in Pt–Ru/C. The activity of the Pt–Ru/C catalysts prepared from (NH₄)₂PtCl₆ and Ru(OH)₃ as precursors is higher than those obtained from H₂PtCl₆ and RuCl₃ by chemical or thermal reduction. The activity of Pt–Ru/C catalysts prepared at 360 °C is higher than those prepared at 320 and 400 °C. After 1 h of reduction at 360 °C its particle size is small, about 7.5 nm, and its catalytic activity is higher than those obtained after 2 and 3 h of reduction.     

Pt掺杂的纳米Ni电催化氧化甲醇性能的研究

采用溶胶凝胶法制备了碳载纳米双金属Ni-Pt(5%,质量分数)/C电催化剂,用TEM、XRD和XPS表征金属粒子的形貌、晶相结构、表面元素及其价态,循环伏安法测试催化剂在碱性溶液中电催化氧化甲醇的活性。结果表明,Ni-Pt金属粒子在碳载体上分布均匀,粒径为3～6nm,少量Pt的掺杂对纳米Ni活性有明显提高,其中,合金型Ni-Pt(5%)/C在1.0mol/LNaOH+1.0mol/LCH3OH溶液中峰电流密度可达85.6mA/mg,是Ni/C峰电流密度的8.7倍,达到Pt/C峰电流密度的15.3%。单位质量铂的电流显著提高。     

稀土在直接甲醇燃料电池铂基催化剂中的应用及研究进展

直接甲醇燃料电池(DMFC)以其高效、低污染的特点而备受关注。铂基电催化剂被认为是DMFC阳极的有效催化剂。但由于在甲醇氧化过程中铂的活性中心容易被产生的中间产物如CO等吸附和堵塞,导致催化活性降低,稳定性差,严重制约了直接甲醇燃料电池推广应用。稀土元素由于其4f轨道独特的电子结构和相应的镧系收缩效应,在铂基电催化剂中可有效提高铂催化剂的活性和耐久性。本文简要总结近年来稀土氧化物作为铂基电催化剂的助催化剂、碳材料掺杂改性剂和载体在甲醇氧化反应中的催化活性和抗CO中毒能力应用研究,以及铂-稀土金属(Pt-RE)纳米合金催化剂对DMFC长期运行稳定性的影响;并对稀土元素在铂基电催化剂中的应用发展提出了展望。     

Comparative studies of adsorbed CO and methanol electrooxidation on carbon supported Pt and PtRu catalysts in acid solution

1. Introduction Direct methanol fuel cells (DMFCs) have con-siderable advantages compared to gas feed (H2/air) polymer electrolyte membrane (PEM) fuel cells [1-2]. The hydrogen PEM fuel cells use gaseous hy-drogen as fuel. But there is no source and infra-structure established yet for hydrogen distribution and storage, neither as a liquid nor as a gas. How-ever, the DMFC, similar to a proton exchange membrane fuel cell (PEMFC), uses methanol fuel directly for electric power generation …     

金核/铂壳纳米粒子的光化学合成及电催化活性

在含不同摩尔比的Au(Ⅲ)和Pt(Ⅳ)离子的PEG(聚乙二醇)-丙酮溶液中,采用光化学共还原法合成了一组Au@Pt复合纳米粒子,并以炭黑分别对其负载制成Au@Pt/C催化剂。借助于UV-Vis、TEM和HR-TEM的表征,证实复合纳米粒子为球形的核/壳结构;分别以XPS、EDS和电化学方法分析了复合粒子的化学状态、结构特点和Au@Pt/C催化剂的催化性质。结果表明,不同Au:Pt摩尔比的Au@Pt/C催化剂对甲醇氧化反应具有良好的催化活性和稳定性,其中Au:Pt=1:1时形成的Au@Pt/C催化剂电催化活性最高,约为商品Pt/C催化剂的4倍。简要讨论了核/壳结构产生高催化活性的主要原因。     

DMFC阳极催化剂的失活特性

采用电化学老化试验考察直接甲醇燃料电池(DMFC)阳极PtRu/C催化剂的失活过程.结果表明,老化试验后PtRu/C催化剂的甲醇氧化活性明显降低.透射电镜和X射线衍射分析结果表明,在老化试验中催化剂粒子经历了Otswald熟化过程和电场作用下的微晶定向迁移过程.电化学阻抗谱分析表明,老化试验后催化层的欧姆电阻和极化阻抗都显著增加,这与活性组分的流失有关.X射线能谱分析显示,老化试验后催化剂的Pt:Ru质量比显著升高.由电位波动引起的活性组分流失是导致DMFC阳极催化剂失活的重要原因.     

Ho掺杂对Pt-Ru/C电催化氧化甲醇的性能影响

采用脉冲电沉积法制备了碳载的Pt-Ru-Ho电催化剂,循环伏安法(CV)和交流阻抗法(EIS)测定催化剂的甲醇电氧化活性,用XRD、EDS和XPS表征电催化剂的物性结构、表面元素组成和价态形式.结果表明,电催化剂中Pt,Ru,H0 3种元素以合金的形式存在,在合金表面有HoO存在,合金微粒粒径为3.5 nm,比表面积为73.3 m2.g-1;掺杂适量稀土金属Ho对Pt-Ru合金的活性有明显影响,其中原子比为npt:nRu:nHo=1:1:0.2时,Pt-Ru-Ho/C中Ho的含量较为适宜,电催剂的Tafel常数α减小,反应活化能低于Pt-Ru/C,为28.4 kJ·mol-1,催化活性明显高于Pt-Ru/C,但Ho含量过高Pt-Ru-Ho/C的活性低于Pt-Ru/C:Pt-Ru-Ho0 .2/C甲醇的反应级数为0.17级.