质子交换膜燃料电池催化剂纳米铂材料研究进展

提高活性、降低贵金属担载量是质子交换膜燃料电池(PEMFC)催化剂的重点研究内容,纳米铂材料是提高阴极氧还原反应(ORR)活性的核心研究方向之一。基于对104篇文献的分析,综述了纳米铂颗粒的粒径、晶面和形貌对催化剂的活性和寿命的影响,以及纳米铂合金的成分和核-壳结构等因素对催化性能的影响。分析现有方法技术的优点和不足,提出催化剂有序化结构和优化ORR反应过程的研究方向。     

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。     

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。     

丙烷脱氢制丙烯中铂基催化剂研究进展

在丙烷脱氢制丙烯反应中,铂基催化剂具有高活性、选择性、稳定性等优点,在工业生产丙烯中广泛运用。对丙烷脱氢制丙烯中铂基催化剂研究进展进行了综述,介绍了铂基催化剂催化丙烷脱氢的反应机理和热力学特征,评述了载体调变、助剂选择以及制备方法对催化性能影响的相关研究,介绍了催化剂失活的机理。提出寻找可提高选择性的助剂、选择可锚定活性位点的载体以及研究催化机理的方向。     

质子交换膜燃料电池改性铂基催化剂研究进展

质子交换膜燃料电池(PEMFC)由于其工作效率高、启动速度快、环境友好等优点而倍受青睐。所用催化剂中的核心组分(金属铂)的成本和催化性能是制约其实现商业化的关键因素之一。目前有关改性铂基催化剂应用于质子膜燃料电池的研究工作主要集中在2个方面：一是通过改性催化剂的结构降低铂用柎;二是改性载体材料制备活性组分高度分散的高性能催化剂。综述柚近年来质子膜交换燃料电池改性铂基催化剂的研究进展,并对PEMFC催化剂的发展做柚展望。     

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。     

铂基纳米材料电催化剂研究进展

铂基纳米材料对氧还原和小分子氧化具有优异的催化效果,在燃料电池领域具有不可替代的作用,近年来吸引了大量的研究和关注。目前燃料电池的商业化应用依然困难,催化剂性价比低是一个重要的原因。精确调控铂基纳米材料的结构、形貌和组分,研究电催化性质的差异,有助于理解电催化反应机理。在此基础上,开发简便易行、高度可控的合成方法,获得具有高催化活性和稳定性的电催化剂,对于各种燃料电池的实际应用具有重要的促进作用。从载体负载的纯铂颗粒、组分调节、晶面控制和三维结构构建等几方面详细介绍了铂基纳米材料电催化剂制备合成和性质研究的最新进展。     

热处理温度对Pt-Ni合金结构演变及催化性能的影响

采用置换法在石墨烯上负载的Ni颗粒上制备出石墨烯负载Pt-Ni颗粒(Pt-Ni/G),通过对Pt-Ni/G进行不同温度的热处理,研究了热处理温度对Pt-Ni合金的结构变化和对氧还原反应和析氢反应催化活性的影响。结果表明,200℃热处理条件下,原子发生短程扩散迁移,Pt-Ni合金催化剂对氧还原反应(ORR)和析氢反应(HER)具有最好的催化活性;当热处理温度达到300℃和400℃后,除了Pt和Ni的衍射峰外,还出现了Ni-P合金的衍射峰,说明Ni原子和P原子进行了长程运动,由于Ni-P化合物的存在,使Pt-Ni合金催化剂对ORR和HER的催化活性降低。     

轻质钛基非晶合金热塑性成形性能研究

以轻质Ti_(41)Zr_(25)Be_(34)非晶合金为研究对象,采用Fe合金化的方法改善钛基非晶合金的热塑性成形性能。结果表明采用Fe替换Be能有效提高Ti-Zr-Be非晶合金的热塑性成形性能,最佳Fe添加量为6 at.%。系统研究了基于热力学特征温度的参数与钛基非晶合金热塑性成形性能之间的关系,发现S参数是最有效的基于特征温度的钛基非晶合金热塑性成形性能判据。Ti_(41)Zr_(25)Be_(28)Fe_6非晶合金具有123 K的宽广过冷液相温度区间和较大的S参数值(0. 238),其热塑性成形性能明显优于已开发的钛基非晶合金,可与热塑性成形常用合金Vit-4相媲美。采用润滑油辅助纳米模压技术,可以成功在大气环境下制备出钛基非晶合金纳米结构。     

脉冲电沉积法制备双贵金属催化剂及其电化学性能研究

目的 制备对偏二甲肼具有良好电催化活性响应的复合催化剂。方法 运用脉冲电沉积法在玻碳电极上制备了AuPd、AuPt、PdPt催化剂,研究了占空比、上下限电位、脉冲频率、沉积时间等条件的影响,采用扫描电镜、X射线衍射仪表征了其表面形貌和晶体结构,采用电化学循环伏安法研究了催化剂氧还原反应(ORR)活性和对偏二甲肼(UDMH)电催化氧化活性。结果 3种催化剂的双金属均已合金化,AuPd催化剂为纳米晶枝状结构,AuPt催化剂为纳米球状结构。当占空比为1∶10,上下限电位分别为0.7、0.3 V,沉积频率为10 Hz,沉积时间为20 min时,AuPd催化剂的ORR活性达到最佳;当占空比为1∶30,上下限电位分别为1.1、‒0.1 V,沉积频率为0.05 Hz时,PdPt催化剂的ORR活性达到最佳;当占空比为1∶10,上下限电位分别为1.3、‒0.2 V,沉积频率为0.5 Hz,沉积时间为10 min时,AuPt催化剂的ORR活性达到最佳。AuPd、AuPt催化剂对UDMH具有明显的电催化响应,AuPd的氧化峰积分高达0.23 mAV/cm²,AuPt高达0.25 mAV/cm²。结论 脉冲电沉积法制备的Au基AuPd、AuPt复合催化剂相较于PdPt催化剂和商业Pt/C催化剂对UDMH有更高的电催化活性。     

氧化铁/氮掺杂碳纳米管催化剂的制备与氧还原性能研究

目的探索非贵金属作为燃料电池阴极催化剂的氧还原性能。方法采用磁控溅射的方法,在N2/Ar工作气氛中,将Fe溅射到碳纳米管阵列表面,同时将氮掺入样品中,然后在不同温度下退火制备氮掺杂碳纳米管负载氧化铁(Fe_2O_3/N-CNT)的氧还原催化剂。采用场发射扫描电镜、X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪对样品的形貌、结构和成分进行分析。通过电化学测试研究样品的氧还原催化性能,并对样品的催化反应动力学进行研究。结果退火温度对样品的形貌和氧还原催化性能具有显著影响,样品的氧还原催化活性随着退火温度的升高先增强后显著下降。其中450℃退火的样品表现出最佳的催化性能,该样品在0.1 mol/L KOH溶液中的起始电位和峰电位分别为0.715 V和0.6 V,电子转移数在3.3~3.6之间。结论 Fe_2O_3/N-CNT具有较好的氧还原催化活性,其中吡啶氮是可能的氧还原催化活性位点。实验中催化剂的制备方法简便且成本低廉,是一种有望替代Pt基贵金属的电催化材料。     

炭气凝胶作为燃料电池催化剂载体的研究进展

设计制备低成本、高催化活性、高稳定性的ORR电催化剂对燃料电池的实际应用至关重要,良好的催化剂载体对提高催化剂的电化学催化性能具有重要意义。炭气凝胶具有孔结构可控、高比表面积、高导电性、大孔体积等优势,是一种非常具有潜力的燃料电池ORR电催化剂载体。本文对最近炭气凝胶作为燃料电池催化剂载体的研究进展进行了综述,简单介绍了炭气凝胶的种类及其负载催化剂的方法,着重讨论了炭气凝胶负载Pt等贵金属催化剂、炭气凝胶负载非贵金属催化剂以及非金属掺杂炭气凝胶催化剂的研究进展,最后总结了其面临的挑战和未来的主要发展方向。     

Preparation of Pt-based ternary catalyst as cathode material for proton exchange membrane fuel cell by solution route method

In this research, Pt-based ternary catalysts for proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) have been successfully prepared by the solution route method. This type of catalyst was claimed to improve the activities of oxygen reduction reaction (ORR). The ternary catalyst was prepared using 10% platinum, 5% cobalt, and 5% chromium by weight support on untreated and treated carbons by reduction with NaBH₄ at room temperature. The FTIR spectra showed a new functional group as carboxyl group on treated carbon using H₂O₂. The XRD patterns for both carbon samples confirmed platinum and carbon phases in the products. The EDS spectra detected platinum, cobalt, chromium, oxygen and carbon atoms in the prepared catalysts. The XAS patterns revealed that the products were mixed Pt-CoO-Cr₂O₃ catalysts. The SEM and TEM images showed more dispersion of catalyst on the treated carbon support surface than on the untreated carbon support. Particles size were 3.97 nm for untreated carbon and 1.93 nm for treated carbon. Finally, the electrochemical property was tested by CV technique. It indicated that Pt-CoO-Cr₂O₃/C catalyst supported on treated carbon exhibited the highest performance among the prepared ternary alloy catalysts.     

高温强化铂合金研究进展

高温强化铂合金是一种先进的高温结构贵金属材料,论述了固溶强化、弥散强化和沉淀强化等铂合金强化方法及特点,力学性能和强化机理,介绍了高温强化铂合金的的研究进展和主要应用情况,最后展望了高温强化铂合金的研究方向。     

柴油机颗粒物-氮氧化物减排系统贵金属催化剂研究进展

汽车排放的氮氧化物(NO_x)和碳烟颗粒物(PM)会对环境和人类健康造成严重的危害,但是现有的技术仅能对NO_x或PM的排放实现单独净化。与其他尾气净化技术相比,柴油机颗粒物-氮氧化物减排系统(DPNR)兼具NO_x和PM净化效果,成为下一代NO_x和PM协同净化的首选催化系统。本文综述了DPNR催化反应机理以及系统中NO_x和PM系统净化用的贵金属催化剂的研究进展;总结了Pt基催化剂在不同条件下同时消除NO_x和PM的催化活性,系统地讨论了Ba、K、Mn等元素掺杂对Pt基催化剂的影响。同时归纳比较Ag基、Ru基与Pt基催化剂在PM氧化和NO_x消除方面的区别,为研究开发同时消除NO_x和PM的高效催化剂提供参考。     

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.     

质子交换膜燃料电池膜电极组件研究进展综述

燃料电池具有能量密度高、利用率高和清洁安静等优点,质子交换膜燃料电池因能够在近常温条件下工作而备受关注,其中膜电极是燃料电池的核心部件。综述了质子交换膜燃料电池膜电极组件的研究进展,从质子交换膜、催化层和气体扩散层3方面阐述各部件在膜电极中的作用,及其对膜电极性能的影响,并讨论通过调控膜电极中不同部件的结构提高膜电极性能的方法,提高贵金属催化剂的利用率,降低膜电极组件中贵金属用量。