还原温度对Pt/C催化剂性能的影响

为了研究制备温度对质子交换膜燃料电池(PENFC)用Pt/C催化荆性能的影响,采用离子交换法在不同温度制备了Pt/C催化剂,并采用电化学工作站测试了不同温度样品的电催化活性,分别使用N2吸附、TEM、XRD测定了样品的孔隙、粒径和晶相结构.结果表明:当还原温度为800℃时,Pt/C催化剂具有较大的比表面积和较发达的孔隙结构,颗粒粒径较小,有利于O2还原的Pt(100)晶面含量较大,以样品为催化剂的PEMFC具有较高的功率输出,所以800℃是制备高催化活性的纳米Pt/C的合适温度.     

质子交换膜燃料电池Pt-Fe/C催化剂合成及性能

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合成了碳载Pt-Fe合金电极催化剂。研究了三种碳载体(Vulcan XC-72、乙炔黑、松木炭)对催化剂合成的影响。采用TEM(透射电镜)、SEM(扫描电镜)技术对合金催化剂的物理性质进行了测试。结果表明,获得的Pt-Fe/C催化剂中合金催化剂在Vulcan XC-72碳载体中分布均匀,粒度约5 nm。通过单电池放电实验,研究了不同的载体、铂/铁原子比、热处理温度等对电池放电性能的影响,实验表明,在本实验条件下,用Vulcan XC-72作载体、Pt/Fe原子比为1∶1、热处理温度900 ℃时,电极催化性能较好。但电极稳定性实验发现,Pt-Fe合金催化剂电极在大电流下放电时,电极的稳定性不能达到满意效果,这方面的工作还有待进一步研究。     

DMFC阳极催化剂PtRu/C的制备及表征

采用化学还原法制备了PtRu/C催化剂,XRD的表征分析结果表明:Pt粒子呈面心立方结构,催化剂平均粒径为4nm。并使用循环伏安法研究了PtRu/C催化剂(担载量0.056mg/cm2,PtRu的质量分数为20%,Pt/Ru原子比为1∶1)的电氧化性能。研究结果显示制备的催化剂对甲醇有高的电催化氧化性能:起始电位为0.2V(vs.SCE),其峰值电流密度为23.52mA/cm2,比质量活性为419mA/mg。研究还发现利用本方法制备的PtRu/C催化剂对于甲醇有较强的抗CO中毒能力和较高的电催化活性。     

碳载Pt-Cr合金催化剂的制备及其性能比较

用铬作掺杂元素,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-Cr合金催化剂,采用热分析方法(TG-DSC)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)技术测试了合金催化剂的晶体结构和表面形貌.结果表明,用VulcanXC-72作载体,N(Pt):N(Cr)为1:1,热处理温度为950 ℃,催化剂的电化学活性表面积最大,催化活性最好.在电解液为0.5 mol/dm3硫酸溶液和2 mol/dm3甲醇/硫酸溶液中用循环伏安法测试,自制的碳载Pt-Cr合金催化剂比商业Pt/C催化剂甲醇氧化活性低,因为Cr的存在,降低了Pf活性点旁三个相邻Pt存在的概率,从而降低了甲醇的氧化活性.     

低温燃料电池合金催化剂研究进展

低温燃料电池所用电催化剂以铂为主,但铂的价格昂贵,资源匮乏,造成PEMFC和DMFC成本提高,限制了应用。合金催化剂可以大大减小Pt用量,降低催化剂成本,而且其结构对提高催化剂活性非常有利,有广泛的发展空间。简要介绍了合金催化剂对低温燃料电池的作用机理;综述了沉积-还原热处理,改进微乳法,微波法及一些近年来制备合金催化剂的新技术和新方法;归纳了合金元素,金属前驱体,原子组成,热处理温度和pH值等条件对电催化活性影响的研究。     

非晶态Pt-CoSn合金上的甲醇电催化氧化

为了研究Pt修饰非晶态催化剂对甲醇电催化氧化行为的影响,采用两步法合成了碳载Pt修饰非晶态CoSn合金催化剂。使用透射电镜和X射线衍射技术分析了CoSn/C前体和Pt-CoSn/C催化剂的形貌及晶体结构;利用循环伏安法和旋转圆盘电极技术测试电化学性能,比较了Pt/C、PtRu/C和Pt-CoSn/C催化剂对甲醇氧化的电催化活性和稳定性。结果表明,Pt修饰非晶态CoSn合金催化剂对甲醇氧化有较好的电催化性能,Pt用量显著降低。非晶态CoSn合金具有良好的质子和电子传导能力,提高了Pt对甲醇氧化的电催化活性;Pt-CoSn/C对甲醇电催化的质量活性和稳定性要优于PtRu/C催化剂。     

Pt/C催化剂的制备与评价

采用浸渍法和离子交换法制备了低担量的Pt/C催化剂,并利用透射电子显微镜(TEM)、循环伏安(CV)等方法对催化剂进行了表征。研究结果表明:离子交换法制备的Pt/C催化剂Pt颗粒的粒径仅为1.5～2.5nm,小于浸渍法制备的催化剂中Pt颗粒的粒径(3～4.5nm),从而有效地增大铂的活性表面积。将两种方法制备的催化剂应用于PEMFC中,在相同的操作条件下,离子交换法制备的催化剂性能要优越于浸渍法制备的催化剂。     

N,Sn掺杂的TiO_2对Pt/C电催化活性的影响

研究了N及Sn元素掺杂的TiO2(NTT)对Pt/C电催化活性的影响,并在全增湿及低增湿工况下,考察了NTT/Pt/C催化剂所构成的质子交换膜燃料电池(PEMFC)的性能。制备了N及Sn掺杂的TiO2,X射线光电子光谱法(XPS)、透射电子显微镜法(TEM)及X射线衍射光谱法(XRD)表征说明N及Sn元素已经掺入到TiO2中,其颗粒平均粒径为14.3nm,晶形为单一锐钛矿型。以不同比例混入Pt/C催化剂后,对NTT/Pt/C共混催化剂进行了循环伏安扫描和旋转圆盘电极测试,研究了其对Pt/C催化剂电化学活性面积及氧还原半波电位的影响;并在不同增湿条件下,在单电池中对NTT/Pt/C及Pt/C催化剂进行了测试。结果发现NTT不仅可以促进Pt/C催化剂活性,并且具有一定的保水能力,在低增湿工况下可以显著提升PEMFC的性能。     

燃料电池用Pt-Pd合金型催化剂的制备及性能研究

采用液相共沉淀法制备了Pt-Pd合金型催化剂,通过X射线衍射、扫描电镜、激光粒度、电感耦合等离子体发射光谱仪等方法对样品的结构、形貌、粒度、铂金属含量和电化学性能等进行表征。TEM表征表明50%Pt1Pd1/C催化剂分散均匀,颗粒平均尺寸5 nm;XRD图谱表明Pt与Pd之间形成了完整的合金结构;电化学测试结果显示自制的Pt-Pd/C催化剂的活性及稳定性均优于商业化JM 70%Pt/C催化剂。     

反胶束法制备PEMFC电催化剂的研究

在采用反胶束法制备PEMFC用Pt/C电催化剂时,比较了3种不同类型的表面活性剂,其中由阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)组成的反胶束能制备出较小的Pt粒径,分布均匀的Pt/C电催化剂。降低反胶束中H2PtCl6水溶液的浓度,能减小催化剂中Pt的粒径,Pt(111)晶面间距也缩小,电催化活性提高。由该方法制备的Pt/C电催化剂的电化学性能与JohnsonMatthey公司的催化剂性能相当。由于反胶束法操作简便,所得催化剂粒径均匀,在PEMFC电催化剂制备方面具有较好的应用前景。     

氧电极催化材料的研究现状

主要综述了近几年燃料电池、金属-空气电池中氧还原反应(ORR)催化剂的发展状况,包括发展成熟的贵金属及合金;过渡金属复合氧化物、简单氧化物;过渡金属大环化合物以及双功能电催化剂研究现状。着重阐述了氧气在这些催化剂上的电化学还原机理,催化剂结构对ORR的影响。在贵金属及合金催化剂中,较详细地介绍了Pt-M合金催化剂中各种过渡金属M提高合金催化性能的理论机理,如“锚定效应”等;在过渡金属复合氧化物催化剂中,探讨了掺杂离子的变价作用增加氧气的活性吸附位、提高ORR速率的机理。     

La/Mn改性Pd/g-Al2O3催化剂对甲烷催化燃烧的影响

采用浸渍法制备了La、Mn助剂改性g-Al2O3的4种负载钯型催化剂,运用BET、X射线衍射(X-ray diffractomter,XRD等方法对催化剂的结构进行表征,对催化甲烷燃烧活性进行评价。结果表明,过渡金属Mn的掺入提高了对甲烷的活性,但也加快了g-Al2O3向a-Al2O3的相变。稀土金属La的掺入并未提高其对甲烷的活性,但高温焙烧下La的存在抑制了g-Al2O3向a-Al2O3的相变,提高了催化剂的高温热稳定性。在低温阶段,0.5Pd/Mn/Al2O3表现出较好的催化活性,而在高温阶段,0.5Pd/LaMnAl11O19的活性优于其他催化剂。作为CH4的中间产物,在700~820 ℃时,由于PdO→Pd的分解,CO的产量逐渐增加。之后,在催化氧化和均相燃烧的共同作用下,CO的产量急剧减少,接近830 ℃时几乎完全消失。     

铝-空气电池钙钛矿型氧电极的研究

制备La0.6Ca0.4CoO3钙钛矿型氧化物作为铝-空气电池氧气还原的催化剂,并对此催化剂做了X射线衍射(XRD)、热重分析(TGA)等结构测试.研究掺杂不同化合物对氧电极性能的影响.测定催化电极在6 mol/L KOH中的阴极极化曲线,并且组装成铝-空气电池,来考察电极的电化学性能.结果表明:钙钛矿型氧化物La0.6Ca0.4CoO3掺杂金属氧化物即混合催化剂是一种良好的催化剂,有利于促进阴极的氧气还原,改善电极的电化学性能.     

直接甲醇燃料电池中阳极催化剂的研究进展

甲醇燃料电池的优点和性能很吸引人.甲醇的电化学氧化必须用贵金属或其合金作催化剂.文中综述了甲醇阳极催化剂的研究进展,详细介绍了铂作催化剂时甲醇氧化的催化机理,铂合金和ABO_3型催化剂减少毒害作用的原因.     

质子交换膜燃料电池电催化剂研究及膜电极制备技术

阻碍质子交换膜燃料电池商业化的关键问题之一是其电催化剂昂贵。文中对质子交换膜燃料电池中铂系电催化剂、非铂系电催化剂研究情况进行评述。影响催化活性的基本因素是电催化剂的颗粒尺寸及其表面功能群。将不同组分混合形成的共生材料的催化活性要比单一材料的活性高。膜电极结构和性能与膜电极制备技术密切相关。分析结果表明,在质子交换膜燃料电池商业化进程中,不仅要开发纳米级、低成本的电催化剂,更应提高电催化剂利用率。电催化剂利用率与贵金属催化剂的颗粒尺寸和分散度及膜电极制备工艺技术有关     

PtCr/C-Nafion 膜氧电极的电催化活性

氧还原电催化剂的研究对聚合物电解质膜燃料电池技术的发展具有极其重要的意义。实验表明某些碳载铂的二元合金可以改善聚合物电解质膜燃料电池中氧还原的电催化性能。本工作的目的是考察ＰｔＣｒ／Ｃ作为氧电极催化剂的活性。采用松木碳为载体和水合肼为还原剂,通过化学还原沉积法制得Ｐｔ／Ｃ和ＰｔＣｒ／Ｃ催化剂。通过涂层和热压得到催化剂－Ｎａｆｉｏｎ膜电极。用电流－电位极化和恒电流放电法研究了催化剂－Ｎａｆｉｏｎ膜电极的性能。与Ｐｔ／Ｃ－Ｎａｆｉｏｎ膜电极比较,ＰｔＣｒ／Ｃ－Ｎａｆｉｏｎ膜电极对氧的电化学还原显示出高的活性。热处理催化剂的活性比未热处理的高。ＸＲＤ分析结果表明,热处理催化剂活性的提高看来主要是由晶格结构改变的结果引起的。     

DMFC阳极用Pt基催化剂的研究进展

综述了直接甲醇燃料电池(DMFC)阳极用单组分催化剂、Pt-Ru、Pt-Sn和Pt-Cr合金等二元催化剂与以Pt-Ru合金为基础的多组分催化剂的研究进展;综述了制备方法、载体及各组分的比例对催化剂催化活性的影响.指出DMFC阳极催化剂将致力于非贵金属催化剂的开发、阳极电极合金组成的研究和催化剂载体的选择.     

溶胶-凝胶法制备纳米LaMnO_3的电催化活性

采用表面活性剂聚乙二醇-2000辅助溶胶-凝胶法,制备锌-空气电池催化剂锰酸镧(LaMnO_3)。通过热重-差示扫描量热(TG-DSC)法、XRD、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、透射电子显微镜(TEM)和极化曲线,研究催化剂LaMnO_3的结构和电催化活性。较优的制备工艺为:初始pH值为6.5,表面活性剂与金属离子物质的量比为0.018∶1.000,在700℃下煅烧3 h。制备的LaMnO_3为钙钛矿结构,晶体成型温度在450℃左右、晶粒尺寸处于纳米级别,具有良好的氧还原电催化活性。以LaMnO_3为催化剂的电极在电位为-600 mV(vs.Hg/HgO)时的输出电流密度为0.165 A/cm~2。     

碳纳米管负载La-Ni-Pt催化剂的制备与性质

采用改进的多元醇还原法以乙二醇为反应介质、PVP为保护剂、水合肼为还原剂,制备了碳纳米管(CNTs)负载的La-Ni-Pt合金催化剂,并对CNTs进行了预处理。采用XRD、TEM和EDS法,对样品La-Ni-Pt/CNTs合金和La-Ni-Pt合金的晶相结构、形貌和表面元素进行了分析;采用电化学工作站对电催化性能和耐酸腐蚀性能进行了研究。通过使用CNTs作为载体,催化剂的电催化性能和耐酸腐蚀性能均得到了提高。