制备路线对碱性介质氧还原反应电催化剂Ag-MnO_x/C催化活性的影响（英文）

通过X射线衍射、X射线光电子能谱、透射电镜、扫描电镜以及能谱分析和电化学方法考察制备路线对氧还原反应(ORR)电催化剂Ag-MnOx/C物理性能及其催化活性的影响。结果表明:通过两步法制得的催化剂(Ag-MnOx/C-2)的表面Ag和Mn含量比一步法制备样品(Ag-MnOx/C-1)的高,这使得Ag-MnOx/C-2具有更高的催化活性。Ag-MnOx/C-2表面ORR的电子转移数高于Ag-MnOx/C-1的电子转移数,且在-0.60 V(相对于Hg/HgO)处的比质量动力学电流为46 mA/μg,为Ag/C的23倍。以Ag-MnOx/C-2为阴极催化剂组装的锌-空气电池的最高能量密度高达117 m W/cm2。     

PEMFC用Pt-Co/C催化剂的制备及性能

用液相沉积-高温合金化法制备了铂基合金催化剂,EDS、XRD的研究结果表明催化剂具有面心立方的结构,粒度小、分散性好,同时元素Co的加入使催化剂的Pt-Pt间距缩小。该催化剂的质子交换膜燃料电池伏安曲线表明,Pt-Co／C催化剂的性能优越,具有比纯铂更强的电催化能力,文中讨论了Co对催化剂活性的强化作用。     

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。     

面向多功能非贵金属电催化剂的构筑和微尺度解析

相对于贵金属电催化剂制作成本高、地球储量稀少、电化学稳定性低等缺点,制备廉价、能量转换效率高、使用寿命长、环境友好的非贵金属电催化剂是推动能源存储和转换技术快速发展的重要途径.根据电催化过程中电催化析氢反应(Hydrogen Evolution Reaction,HER)、电催化析氧反应(Oxygen Evolution Reaction,OER)及氧还原反应(Oxygen Reduction Reaction,ORR)这三个重要反应类型,概述了水裂解和燃料电池的电化学反应机制,同时归纳了单功能电催化剂、双功能电催化剂、多功能电催化剂及其他电化学材料的设计与制备方法、相互关系和各自功能特点.借助先进的电子显微技术,如扫描电子显微镜、原子力扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线能谱仪、电子能量损失谱仪等对其微观结构进行表征,重点对其表面形貌、结构、内部成分、元素分布等相关信息进行解析.从提供更丰富的缺陷空位、潜在活性位点、优化界面相互作用、增大电化学比表面积、形成协同效应等方面,分析其在降低成本的同时,提高电催化剂的电导率、增强稳定性的相关机理,以期为非贵金属电催化剂的研究和推广应用提供新策略.     

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.     

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。     

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.     

改进多元醇法制备Pt/C催化剂及其性能表征

采用多元醇法和一种新的改进多元醇法制备了用于质子交换膜燃料电池的Pt/C催化剂,并对2种方法制备的催化剂进行了比较。后者是将Pt前驱体先负载至碳黑上,再加入多元醇还原,制备出了粒度分布均匀,分散性好的Pt/C催化剂。利用透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)以及动态伏安法(CV)表征催化剂的微观组织形貌、物相组成以及电化学性能。研究结果表明,先还原后负载方式的多元醇法制备的Pt/C催化剂容易团聚。而先负载后还原方式制备的Pt/C催化剂则粒度分布均匀,分散性好,粒径大小在1.2～3.2 nm,电化学测试也表明,该Pt/C催化剂的质量电流密度为23.42 A/g,具有更高的催化活性。     

Ir改性的Pt-Ru/C催化剂的研究

以H2PtCl6·6H2O和H2IrCl6·6H2O为前驱体,通过化学还原共沉积方法制备了Pt和Ir不同摩尔比的Pt-Ir/C催化剂,同时在Pt-Ru/C催化剂中添加一定量的Ir,得到Pt-Ru-Ir/C催化剂.对样品进行了TEM,XRD和XPS表征并在甲醇、乙醇硫酸溶液中进行了电化学性能(CV、CA)测试.结果表明,在Pt基催化剂中添加合适的Ir后,甲醇、乙醇的电催化氧化性能均明显提高,其中Pt、Ru和Ir的摩尔比为4:4:1的Pt-Ru-Ir/C催化剂对于直接醇类具有最佳的电催化氧化性能.     

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。     

一步微波有机溶胶法制备燃料电池Pt/C电催化剂

采用一步微波有机溶胶法制备了系列20%Pt/C燃料电池催化剂。考察了不同硝酸浓度氧化处理碳粉的表面、微波反应时间以及还原剂乙二醇(EG)的用量等因素对催化剂电催化活性的影响。实验发现:无论是阳极还是阴极反应,处理碳粉时硝酸浓度为40%、微波反应时间70 s时制备的催化剂活性最好;然而,阳极甲醇氧化时制备催化剂EG用量较少、活性高,阴极氧还原时EG用量较多反而有利。采用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、循环伏安法(CV)等方法对催化剂进行测试。结果表明,不同考察因素对于活性组分的结构、晶型及粒径没有太大影响,但对电化学活性比表面积和电催化活性有显著影响。     

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.     

质子交换膜燃料电池用Pt-Ag-Co/C催化剂的耐久性研究

研究了两步法制备的质子交换膜燃料电池(PEMFC)用Pt-Ag-Co/C催化剂的耐久性。循环伏安曲线测试表明Pt-Ag-Co/C催化剂与商业Pt/C催化剂的电催化活性相当。通过对扫描500次的循环伏安曲线分析,计算出Pt/C和Pt-Ag-Co/C催化剂扫描前后电化学活性面积(ECA),进而研究了催化剂在PEMFC中的耐久性。结果表明,耐久性实验后Pt/C催化剂的ECA降低了87%;而Pt-Ag-Co/C催化剂仅降低了35%。研究表明微量Co的添加有效的提高了Pt-Ag/C催化剂的耐久性。     

化学还原法制备铂及铂合金催化剂及其性能

采用混合水溶液浸渍,硼氢化钠还原的方法制备了微型直接甲醇燃料电池用电催化剂,包括碳载铂、碳载铂基合金电催化剂.XRD、SEM、EDX测试结果表明催化剂的粒度达纳米级,且分散性好、原子摩尔配比合理.将Pt/C、Pt合金/C分别作为电池的阴极和阳极电催化剂,通过电池的极化曲线和功率密度曲线筛选出最佳的催化剂组成.在室温下,甲醇浓度为2mol/L时,阴极采用30wt%Pt的Pt/C,阳极采用n(Pt)∶n(Ru)∶n(Ir)∶n(Mo) = 2∶1∶2∶3的PtRuIrMo/C电催化剂,其电池的性能最好.     

阴极气体O2对石墨烯/聚苯胺/不锈钢双极板耐蚀性的影响

目的 提高质子交换膜燃料电池(PEMFC)双极板的耐腐蚀性能。方法 采用循环伏安法(CV)在316L不锈钢(SS)基材上制备还原氧化石墨烯(rGO)/聚苯胺(PANI)层-层复合双极板。用透射电镜(TEM)和扫描电镜(SEM)进行形貌观察,用红外光谱(FTIR)和拉曼光谱(Raman)确定官能团结构,用紫外可见光谱(UV-vis)确定分子共轭状态,用X射线光电子能谱(XPS)确定化学成分和键合状态。在模拟PEMFC阴极工作环境下研究rGO/PANI/316L SS层-层复合双极板的耐腐蚀性能,向体系中通入氧气(O₂),测量开路电位(OCP)、电化学阻抗谱(EIS)和极化曲线评价双极板的抗腐蚀性能。结果 在离子液体1-乙基-3-甲基咪唑硫酸甲酯中,通过电聚合能够获得厚度为53μm的PANI膜层,在pH=4的0.03 mol/L K₂SO₄溶液中还原氧化石墨烯(GO),在PANI上获得厚度为10μm的rGO膜层。PANI呈中间氧化态,sp2杂化的r GO和PANI之间的相互作用使得共轭效应增强。连续致密的rGO覆盖在多孔的P...     

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。     

直接气相还原法制备金属铱及其氧还原活性

采用直接气相还原法制备了金属铱催化剂。通过X射线衍射(XRD)分析了金属铱的物相组成,采用循环伏安(CV)和线性电势扫描(LSV)等电化学手段评价了金属铱的电化学性能。XRD分析结果表明在氨气气氛中,氧化铱经400℃还原3h能完全转化为金属铱单质。CV和LSV结果表明金属铱具有良好的氧还原电催化活性,且其氧还原起始电压可以达到0.51V(vs.SCE)。从原子状态角度考虑,金属铱的d带空穴多于金属铂,最终导致金属铱的氧还原电催化活性低于金属铂,但金属铱具有与金属铂相似的氧还原电催化路径。