一体式再生燃料电池双效氧电极催化剂

对一体式可再生燃料电池双效氧电极催化剂进行研究,考察了析氧催化剂和贵金属Pt黑组成的复合催化剂的双效性能以及催化剂配比和焙烧温度对性能的影响,用XRD对催化剂的物相特性进行表征。结果表明：复合催化剂的燃料电池性能按以下顺序递减：Pt黑＞Pt/Ru/Ir＞Pt/Ru＞Pt/IrO2～Pt/Ir＞Pt/RuO2;水电解性能按以下顺序递减：Pt/IrO2＞Pt/RuO2＞Pt/Ir＞Pt黑。分析比较,Pt/IrO2复合催化剂表现出良好的燃料电池/水电解双功能特性以及循环稳定性,具有最佳的URFC能量转换效率。因此,Pt/IrO2复合催化剂是最适宜的双效氧电极催化剂。一定温度范围内的焙烧处理对Pt/IrO2催化剂燃料电池性能影响不大,而对水电解性能具有一定的影响,大电流密度运行,未焙烧处理的Pt/IrO2催化剂表现出更好的水电解性能。     

非贵金属氧还原电极催化剂研究进展

质子交换膜燃料电池(PEMFC)中普遍使用Pt作为阴极电催化剂,但由于Pt价格昂贵、储量稀少,PEMFC中使用大量的Pt,必然导致PEMFC制造成本的上升。因此,寻找一种能够部分或者完全达到Pt催化效果的非贵金属催化剂,成为一种可行的方法。本文对近年来非贵金属氧还原电极催化剂的研究进行了总结,特别是不同催化剂的制备方法、反应机理及活性中心进行了梳理,并对非贵金属氧还原电极催化剂的发展进行了展望。     

氢燃料电池阴极氧还原非金属催化剂研究进展

氧还原反应是制约氢燃料电池效率的重要因素,也是一直以来的研究热点和突破难点.非金属催化剂是近年来新兴的氧还原催化剂,对其的研究对推动燃料电池商业化具有重要意义,本文综述了近年来氧还原反应中非金属催化剂的研究进展,包括氮掺杂碳材料,硼、磷或硫掺杂碳材料,二元掺杂碳材料,最后展望了相关催化剂的未来研究趋势.     

氮掺杂非贵金属氧还原催化剂研究进展

综述了近几年来用于直接甲醇燃料电池阴极氧还原反应的含氮碳催化材料发展状况,包括催化剂制备过程中热处理条件、金属的种类及负载量、碳载体、新型合成方法等影响催化剂氧还原活性的几个因素。针对当前研究工作的局限展开了评论,指出催化机理和优化制备过程是氮掺杂碳材料负载非贵金属氧还原催化剂深入研究的重点和主要方向。     

燃料电池中铁基氧还原催化剂的研究进展

阴极氧还原反应是燃料电池的核心反应之一。目前，用于氧还原反应的催化剂通常是铂基催化剂，普遍存在成本高、对甲醇耐受性差、易CO中毒等缺点，因此，开展非贵金属催化剂的研究显得尤为重要。铁基催化剂因催化活性好、稳定性高、甲醇耐受性好、价格低廉等而备受青睐，最有希望成为铂基催化剂的替代品。该文主要综述了铁基氧还原催化剂，包括含铁化合物催化剂、铁单原子催化剂、铁基合金催化剂、铁基复合物催化剂及其他铁基催化剂的研究现状、催化机理及活性影响因素，并在此基础上阐述了各类催化剂尚待解决的问题和发展方向。     

燃料电池中铁基氧还原催化剂的研究进展

阴极氧还原反应是燃料电池的核心反应之一。目前催化氧还原反应的催化剂通常是贵金属铂,但其普遍存在成本高、对甲醇耐受性差、易CO中毒等缺点,因此开展非贵金属催化剂的研究显得尤为重要。铁基催化剂因催化活性好、稳定性高、甲醇耐受性好、价格低廉等备受青睐,最有希望成为铂基催化剂的替代品。本文主要综述了几类铁基氧还原催化剂的研究现状、催化机理及活性影响因素,并在此基础上阐述了各类催化剂目前尚待解决的问题和发展方向。     

乙二醇稳定的Pt/C催化剂的制备与表征

以乙二醇(EG)兼作溶剂和稳定剂,分别通过NaBH4和EG还原法制备了高度细化与分散的Pt/C催化剂,对其形貌、组成、结构和电化学活性比表面等进行了表征比较,并测试了它们对甲醇与乙醇电催化氧化的活性. 结果表明,2种催化剂中,Pt均为面心立方结构,粒径小且分布窄,在炭黑载体上分散均匀,单位质量Pt对甲醇与乙醇电催化氧化的活性相当;NaBH4还原法所制Pt/C催化剂中Pt0和Pt(220)晶面含量更高,Pt对甲醇与乙醇电催化氧化的峰电流密度分别为0.68与0.67 mA/cm2,分别是EG还原法所制Pt/C催化剂的1.2倍;2种催化剂对甲醇与乙醇电催化氧化的活性均与商品E-TEK催化剂相当.     

PT—Co／C氧电极性能的研究

本文采用Ｐｔ与Ｃｏ为１：２的摩尔比和活性炭,通过高温焙烧及通氢气还原法制成Ｐｔ－Ｃｏ／Ｃ催化剂,并将其热压在Ｎａｆｉｏｎ膜上,制成Ｐｔ－Ｃｏ／Ｃ－Ｎａｆｉｏｎ膜电极。通过稳态极化技术,Ｘ射线衍射分析（ＸＲＤ）,隧道扫描电镜（ＳＴＭ）等方法,研究电极氧还原性能。结果表明,Ｐｔ与Ｃｏ通过焙烧后能形成Ｐｔ－Ｃｏ合金,且Ｐｔ－Ｃｏ／Ｃ催化剂明显改善Ｐｔ／Ｃ催化剂的活性和稳定性,减少贵金属用量。     

氧电极金属单原子催化剂的研究进展

燃料电池和金属-空气电池作为目前最具发展前景的能量转换和储存设备,对于缓解人类发展所面临的能源与环境问题大有裨益。然而,较差的氧电极反应,如燃料电池中的氧还原反应以及锌空电池中的氧还原及析氧反应,却限制着这两类装置的高效运行。近年来,人们提出了利用单原子催化剂(SACs)来提高氧电极反应的反应动力学。因此,针对两类氧电极反应,本综述根据构成活性位点的不同金属元素进行了分类总结,重点关注了各类催化剂的共性及进展。同时,还对具有双功能的催化剂及其在锌空电池的应用进行了总结。最后,针对SACs目前存在的问题和未来的发展方向提出了建议,旨在为单原子氧电极催化剂的设计及发展指明道路。     

Co/Co-N-C高效氧还原催化剂的制备及其用于镁-空气燃料电池的研究

采用还原性气氛一步热解ZIF-67的方法制备钴和氮共掺杂的蓬松絮状碳纳米管Co/Co-N-C催化剂。该催化剂具有高的比表面积和良好的导电性,利用三电极体系在旋转圆盘上进行测试,结果表明,其半波电位为0.82 V,起始电位为0.93 V,表明其氧还原性能表现突出。在镁-空气燃料电池实际应用体系中进行测试,负载该催化剂的单电池最高功率密度可达60 mW/cm²,在长达20 h的恒流放电测试中,放电电压没有明显衰减,表明其具有良好的放电稳定性和应用前景。     

单室直接微生物燃料电池的阴极制作及构建

在研制含铁离子阴极电极板的基础上,构建了单室直接微生物燃料电池. 通过实验考察了单室无介体微生物燃料电池的产电规律及阴极板中铁离子含量对产电的影响. 实验证明,单室直接微生物燃料电池是可行的,电能的输出主要依赖吸附在电极表面的细菌形成的生物膜,而与悬浮在溶液中的细菌及溶液中的其他物质基本无关. 在单室无介体微生物燃料电池的阴极板中添加铁离子,通过铁离子在二价和三价间的循环转化,提高了电子的传递速率,加快了质子和氧气的反应,电池的输出功率达到14.58 mW/m2.     

Pt基直接乙醇燃料电池阳极催化剂的性能研究

采用水热法制备了高分散碳载Pt/C和Pt-SnOJC电催化剂.采用XRD、SEM、TEM和激光粒度仪等方法对制得的纳米催化剂进行了表面微观结构分析.采用电化学工作站测试循环伏安曲线(CV)等表征Pt/C和Pt-SnO2/C纳米催化剂电催化活性.测试结果表明,Pt-SnO2/C纳米催化剂的峰电流密度(131.05 mA·cm-2)是Pt/C催化剂的峰电流密度(65.48 mA·cm-2)的2倍;Pt-SnO2/C催化的电化学表面积(108.4 m2·g-1)远高于Pt/C催化剂的电化学表面积(99.14 m2· g-1);Pt-SnO2/C纳米粒子比Pt/C纳米粒子具有更强的抗CO中毒能力和更高的电催化活性.     

Effect of Preparation Conditions of Pt/C Catalysts on Oxygen Electrode Performance in Proton Exchange Membrane Fuel Cells

Supported Pt/C catalyst with 3.2 nm platinum crystallites was prepared by the impregnation—reduction method. The various preparation conditions, such as the reaction temperature, the concentration of precursor H₂PtCl₆ solution and the different reducing agents, and the relationship between the preparation conditions and the catalyst performance were studied. The carbon black support after heat treatment in N₂ showed improved platinum dispersion. The particle size and the degree of dispersion of Pt on the carbon black support were observed by transmission electron microscopy (TEM). The crystal phase composition of Pt in the catalyst was determined by X-ray diffraction (XRD). The surface characteristics of the carbon black support and the Pt/C catalyst were studied by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The electrochemical characteristics of the Pt/C catalysts were evaluated from current—voltage curves of the membrane electrode assembly (MEA) in a proton exchange membrane fuel cell.     

炭黑负载MnOx-Pt电催化剂的制备与初步研究

合适的电催化剂材料是质子交换膜燃料电池降低电极反应活化能、加快反应速度、提高电池能量转换效率的关键,尤其是用于阴极氧还原的电催化剂。Vuloan XC-72炭黑进行预处理后作为催化剂载体,采用分步化学沉积方法制备得到了炭黑负载的MnOx-Pt电催化剂。通过ICP、XRD、TEM、CV等物理和电化学手段测试和表征,结果表明;所得到电催化剂中锰氧化物的主要存在形式是隐钾锰矿型MnO2;三种催化剂样品中Mn的质量百分含量均为20％左右,而Pt的质量百分含量在5％左右。该催化剂具有较高的分散度,更高的氧还原起始电位和峰值电位,表现出良好的电催化氧还原性能,可作为质子交换膜燃料电池阴极氧还原的电催化剂;其电化学催化反应机理还有待于进一步深入的研究。     

氮掺杂石墨烯基催化剂的制备

通过水热法合成了氮掺杂的石墨烯(Graphene-N),并还原得到了氮掺杂的石墨烯基铂催化剂(Pt/Graphene-N),利用X射线衍射(XRD)以及扫描电子显微镜(SEM)进行了材料分析,并借助电化学测试对比未进行氮掺杂的催化剂。试验数据表明:Pt/Graphene-N电化学活性面积相比于Pt/Graphene提高了8.1%,其甲醇氧化峰电流提高了56.3%,表明氮掺杂能够大幅提升甲醇氧化性能。     

一种双功能吸附剂的制备及其表征

分别采用普通浸渍法和超声浸渍法将Fe(III)负载到活性炭表面,制备成具有催化功能的活性炭。对具有催化功能的负载Fe(III)的活性炭进行了表征,与母体活性炭相比,其比表面积以及微孔体积均有所下降,酸性官能团的量有所增加。     

微流控法合成石墨烯负载的PtNi燃料电池阴极催化剂及其性能

利用微流控法,以氯铂酸和氯化镍为金属前驱体、硼氢化钠为还原剂,一步合成了石墨烯负载的铂镍燃料电池催化剂,对其进行了表征. 结果表明,在超声辅助条件下,聚乙烯吡咯烷酮为保护剂时,用微流控法可在数秒内得到分散性良好且形貌均一的PtNi/graphene电催化剂,PtNi纳米颗粒的平均粒径为2.1 nm,Pt含量为25.5%(w), 0.7 V (vs. NHE)电压下,电流密度达-107.6 mA/mg,是商业Pt/C(-37.9 mA/mg)的2.8倍,表现出良好的电化学催化活性.     

A Comparative Study of Organic Cobalt Complex Catalysts for Oxygen Reduction in Polymer Electrolyte Fuel Cells

Reduction of platinum catalysts loading is a central issue in polymer electrolyte fuel cells. As alternatives for platinum, some organic metal chelate compounds are tested as cathode catalysts, such as cobalt aza-complexes or cobalt complexes possessing aminophenyl moieties featured as Co-N₄ or Co-N₂O₂ chelate structures. The way of immobilization of catalysts on the graphite surface influences their stability as well as the performance of oxygen reduction. Heat-treated catalysts supported on graphite at 600°C show much better oxygen reduction abilities than as-received metal complexes. The original chemical structure of metal complexes affects crucially the catalytic ability, though initial structures of molecules are no more intact after the heat treatment. The catalytic activity of these complexes may originate from the central chelate unit CoN₄ on the carbon substrate, and this unit is assumed to constitute the basic coordination site for an oxygen molecule. Electropolymerized catalysts impart a high level of oxygen reduction ability, probably due to the improved molecular orientation for oxygen coordination and formation of good chelate sites on the graphite surface.     

电化学制氧机中的炭电极研制

简介了电化学制氧机中炭电极的制备,测试了膜片的性能,同时研制了用该膜片作阴极的制氧机,并与其它文献报道的同类制氧机进行性能对比,结果表明自制的制氧机性能最佳.