非铂、低铂燃料电池催化剂的研究进展

燃料电池的性能好坏、寿命长短以及成本高低都受到催化剂这一关键材料的制约,近年来人们除了在提高催化剂活性方面做了大量工作以外,在降低催化剂成本方面也做了大量研究推进工作.介绍了燃料电池非铂、低铂催化剂主要体系在低温燃料电池的最新研究进展,提出了燃料电池催化剂面临的挑战.     

导电聚苯胺稳定的纳米铂的合成

在苯胺单体作为保护剂的条件下,用乙醇还原氯铂酸水溶液,制备了铂胶体;通过进一步加入氧化剂(过硫酸铵)和质子酸(盐酸)对苯胺进行掺杂,合成了导电聚苯胺稳定的纳米铂。采用透射电镜(TEM)和紫外可见光谱(UV-Vis)研究了整个合成过程,并采用循环伏安法对合成的纳米铂进行了电性能表征。结果表明,聚苯胺对铂粒子有很好的稳定作用,制备的纳米铂直径小于10nm,具有优异的电催化性能,在作为燃料电池电催化剂方面有着很好的应用前景。     

燃料电池铂系和非铂系催化剂的研究进展

随着人们对化石能源和环境的关注度的提高,对能源的需求和要求与日俱增,新能源的开发无疑是目前人们面临的重大挑战之一。燃料电池应运而生,它极大地满足了人们对高性能、高利用率以及具有环境友好型的可再生能源的探求。但目前燃料电池商业化主要受困于其高昂的催化剂成本以及缓慢的阴极氧还原反应。阴极氧还原反应是燃料电池的基本反应,因其具有较高的过电势(300～400 mV)而动力学反应缓慢,故需加入催化剂以提高其反应速率。本文分别从铂系和非铂系两个方面介绍了燃料电池的阴极催化剂,并总结了提高催化剂性能的途径。     

纳米Pd/MWCNTs催化剂的制备及其氧还原性能研究

开发高活性、高稳定性的氧还原催化剂对燃料电池和金属空气电池至关重要.本文以四羟甲基氯化磷(THPC)为还原剂,一步法制备了纳米Pd/MWCNTs催化剂.TEM表明纳米Pd在MWCNTs上均匀分布,平均粒径为3～4 nm.旋转圆盘电极(RDE)和旋转环盘电极(RRDE)结果表明纳米Pd/MWCNTs在酸性和碱性环境中均具...     

燃料电池用纳米催化剂的研究

催化剂是燃料电池的最关键材料之一 ,从降低成本、减少资源消耗的角度出发 ,研制高分散度、纳米尺寸颗粒催化剂有重要意义。采用原位还原的新技术制备高分散度纳米催化剂用于质子交换膜燃料电池 ,并采用扫描电镜、透射电镜和比表面分析等技术和分析手段对催化剂进行了表征     

乙二醇法制备质子交换膜燃料电池铂碳催化剂的研究

质子交换膜燃料电池因为具有能量密度高、环境友好、噪音小、便携等优点,正得到越来越多的关注,其中的核心部件之一—催化剂层,目前主要使用铂碳催化剂制得。在使用乙二醇法制备燃料电池铂碳催化剂的实验中,首先通过调节乙二醇与水的质量比,获得了不同电化学性能的铂碳催化剂。进而探究了不同反应温度对制得铂碳催化剂电化学性能的影响。通过实验发现,较高的反应温度可以适当提升催化剂氧还原活性;而较低温度下,铂会缓慢还原成尺寸较大的铂纳米颗粒,因此,浆料的搅拌过程也会影响所得催化剂的性能。通过调节反应时加入氢氧化钠的质量,获得了不同粒径分布的铂碳催化剂,并探究了其电化学性能。实验结果表明,铂碳催化剂制备过程中,乙二醇与水的比例、反应温度、搅拌时间、氢氧化钠加入量都会对所制得铂碳催化剂的电化学性能产生影响。     

微乳法制备燃料电池铂黑催化剂

采用微乳法在正庚烷/Triton X-100/正己醇/水体系合成了一系列Pt黑催化剂,首先通过绘制体系的部分拟三元相图确定微乳单相区及合适的表面活性剂与助表面活性剂体积比,进一步考察了表面活性剂浓度对制备铂黑催化剂粒径及催化性能的影响,同时还讨论了分离、洗涤和干燥等操作过程对颗粒分散性的影响.利用透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、循环伏安法(CV)、动电位线性扫描(LSV)等手段对催化剂进行表征,结果表明该微乳体系下制得的催化剂平均粒径可控制在2～4 nm,采用无水乙醇取代水来改善干燥环境能够成功解决铂黑的团聚问题,得到的铂黑颗粒分散性能好,电化学活性与商业品相当.     

直接甲醇燃料电池阳极铂辅助催化剂

介绍了直接甲醇燃料电池(DMFC)的工作原理、存在的主要问题及解决办法,详细阐述了几种阳极铂辅助催化剂钌、钨、钼、钛等元素或化合物对甲醇电催化氧化的作用机理和优缺点;分析了DMFC存在的优势以及发展速度比其它燃料电池缓慢的主要因素。     

丰田中央研究所研究成功不使用铂催化剂的燃料电池

日本丰田中央研究所在夏威夷举行的电气化学国际学会上公布了燃料电池催化剂使用以钴为中心的有机复合体的新材料，使燃料电池的催化剂不再使用稀有金属铂，燃料电池的成本有望降低。该研究成果适用于燃料电池的空气电极。     

前驱体对碳载铂纳米催化剂的影响

以Pt(NH3)4Cl2和Pt(NH3)2(NO2)2为前驱体、采用浸渍法制备了质子交换膜燃料电池用Pt/C催化剂。HRSEM和XRD分析表明,Pt/C-Pt(NH3)2(NO2)2的晶粒细小均匀,Pt/C-Pt(NH3)4Cl2的晶粒则发生团聚。循环伏安和旋转圆盘电极实验表明,Pt/C-Pt(NH3)4Cl2与Pt/C-Pt(NH3)2(NO2)2的晶面分布存在明显的差异,Pt/C-Pt(NH3)2(NO2)2具有更高的氧催化活性,Pt(NH3)2(NO2)2是更适合的前驱体材料。     

四磺酸基酞菁铜修饰铂胶体的合成与表征

采用化学还原方法成功地合成了CuTsPc修饰的纳米Pt胶体,对合成的纳米铂颗粒进行了表征.X射线光电子能谱(XPS)测试表明胶体中的Pt以零价态存在,透射电子显微镜(TEM)照片显示胶体中纳米铂颗粒分散均匀,平均粒径约为3.7 nm.选用摩尔比为n Pc∶n Pt-1∶10时,利用傅里叶变换红外光谱技术(FTIR)检测到合成的纳米pt粒子表面原子暴露在修饰离子之外,所修饰的四磺酸基酞菁铜本身又具有催化作用,使得这种粒子在复合催化领域极具应用前景.     

非负载Pt纳米颗粒催化剂的电催化氧还原性能研究

制备了一种非负载型Pt催化剂,对其研磨并用氢气进一步还原处理。通过扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)观察了催化剂形貌,利用循环伏安(CV)和线性扫描伏安(LSV)方法测试电催化性能。SEM结果表明,Pt黑容易聚集在一起形成较大颗粒的二次粒子。TEM结果表明,催化剂结构多样,平均粒径较小。研磨或含氢气体处理后样品发生严重团聚。电化学测试结果表明,催化剂的起始还原电位高于商业催化剂,具有较高的氧还原活性。各种表征测试结果表明改善分散性是提高该催化剂性能的关键因素。     

AFC催化剂中毒原因及预防办法的研究现状

对碱性燃料电池(AFC)催化剂中毒的各种原因进行了分析,同时从理论上提出了防止AFC催化剂中毒的办法。随着CO2清洗技术和催化剂中毒预防技术取得重大突破,碱性燃料电池完全有能力在市场中获得成功应用。     

Pt/石墨烯催化剂的合成及甲醇电氧化性能

分别以鳞片石墨(fG)、膨胀石墨(eG)和超细石墨粉(sG)为原料,采用改进的Hummers法制备氧化石墨,采用简单的原位还原法在乙二醇中同时还原H_2PtCl_6和氧化石墨烯(GO)制备Pt/fGr、Pt/eGr和Pt/sGr催化剂。采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)和透射电镜(TEM)对材料进行表征,并比较了催化剂对甲醇氧化的电催化性能。结果表明,所制备的氧化石墨烯均为透明、片状,其中sGO质量最优。Pt纳米粒子粒径为2~2.5nm,均匀分散在石墨烯表面和边缘。催化剂对甲醇氧化的电催化性能和稳定性大小顺序为Pt/sGrPt/eGrPt/fGr,其性能都高于Pt/C催化剂。     

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.     

水热法制备质子交换膜燃料电池阴极Pt/C催化剂

采用硫代乙酰胺(TAA)为沉淀剂,水热法合成40%Pt/C质子交换膜燃料电池阴极催化剂,通过X射线衍射(XRD)和透射电镜(TEM)考察了Pt/C催化剂的物理性能,并利用循环伏安法(CV)分析了催化剂的电化学活性,采用旋转圆盘电极(RDE)评价了催化剂的氧还原催化活性。实验表明水热硫化物沉淀法合成催化剂受反应pH值、氯铂酸与沉淀剂硫代乙酰胺的配比、H2热处理等制备条件的影响,制得的Pt/C催化剂粒径小(平均粒径3nm左右)并且分布均匀,催化性能较好。     

胶态Pt/C催化剂对甲醇的电催化氧化性能

研究了Pt金属载量为20%的碳载胶态Pt金属催化剂对甲醇的电催化氧化性能,并与E-TEK公司同类型催化剂进行了比较.X衍射光谱(XRD)和透射电镜(TEM)研究显示在胶态Pt/C催化剂中,Pt粒子的平均粒径为3.8 nm,并且具有良好的均一度.电化学研究显示尽管胶态Pt/C催化剂拥有相对较小的电化学活性面积,但对甲醇的电催化氧化性能却明显优于E-TEK公司的Pt/C催化剂,其原因应归结于利用有机溶胶法制得的胶态Pt/C催化剂拥有更合理的平均粒径.     

Pt/C催化剂的分散和表征

利用对Pt/C催化剂分散体系的Zeta电位测定,研究了催化剂在不同溶剂中的分散效果。研究结果说明团聚的Pt/C催化剂在溶剂中分散与溶剂的性质有关,研究所用的溶剂中异丙醇对Pt/C催化剂的分散性最好,经过分散处理后催化剂的颗粒最小。实验结果还发现催化剂的分散效果与溶剂的粘度成反比关系,即粘度越大分散效果越好。     

Performance of dimethyl ether fuel cells using a Pt‐Ru catalyst

Phenomena are presented whereby the performance of a dimethyl ether fuel cell (DDFC) at 80°C is much lower when a Pt‐Ru catalyst is used on the anode than when a Pt catalyst is used, in contrast to the higher performance achieved using a Pt‐Ru catalyst over a Pt catalyst in direct methanol fuel cells (DMFC). The DDFC performance achieved using a Pt‐Ru catalyst increases with temperature and exceeds that using a Pt catalyst at temperatures over 100 °C. After high‐temperature operation, the performance of DDFC using a Pt‐Ru catalyst at 80 °C is improved. By supplying sufficient steam before operation, the performance of DDFC using a Pt‐Ru catalyst at 80 °C is also found to improve. Before and during operation, more steam is needed for stable operation of the DDFC using a Pt‐Ru catalyst at 80 °C than using a Pt catalyst. © 2004 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 150(3): 19–25, 2005; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20072