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.     

退火处理对碳载Pt-Ru-Ni催化剂稳定性的影响

为了提高直接甲醇燃料电池的阳极催化剂稳定性,对浸渍还原法制备的Pt-Ru-Ni/C催化剂进行退火处理,研究了处理工艺参数对催化剂活性和稳定性的影响;利用玻碳电极测试了处理过的催化剂在0.5 mol/L甲醇和0.5 mol/L硫酸混合溶液中的循环伏安曲线和计时安培电流曲线,考核了催化剂对甲醇电催化氧化活性和稳定性;通过X射线衍射(XRD)技术对催化剂的晶体结构进行了分析.结果表明,随着处理温度升高,催化剂晶格参数减小,粒径显著增大;随着处理时间延长,催化剂晶格参数同样减小,粒径增大幅度不大.电化学测试表明,退火处理有利于提高Pt-Ru-Ni/C催化剂的稳定性;在退火工艺参数范围内,200℃退火处理2 h为较好的工艺条件.     

Pt-Ru-W/C催化剂对乙醇电催化氧化研究

为了提高直接乙醇燃料电池阳极催化剂的催化活性,降低贵金属载量,采用热还原法制备了Pt-Ru-W/C催化剂,比较了Pt-Ru-W/C和相同前驱体用化学还原法制备的Pt-Ru/C催化剂对乙醇的电催化氧化行为;在0.5 mol/L乙醇和0.5 mol/L硫酸混合溶液中考核了上述催化剂对乙醇电催化氧化活性;通过X射线衍射光谱法(XRD)技术对催化剂的晶体结构进行了分析;结果表明:两种催化剂都具有Pt的面心立方晶格结构,晶格参数都小于Pt/C催化剂;计算表明Pt-Ru-W/C粒径较小,为6.5 nm左右;Pt-Ru-W/C电化学活性比表面积小于Pt-Ru/C催化剂,但由于W的助催化作用使Pt-Ru-W/C对乙醇的电催化活性和抗乙醇中间产物毒化的能力高于Pt-Ru/C催化剂.     

合金化提高铂在PEMFC氧还原反应中的催化活性

用液相沉积-高温合金化法制备了铂基合金催化剂,用能量散射光谱(EDS)、X射线衍射(XRD)技术对催化剂的结构进行了研究,并测试了使用此催化剂的质子交换膜燃料电池(PEMFC)性能,结果表明铂基合金具有面心立方的结构,铂与过渡金属的原子比接近3∶1;制备的催化剂性能优越,具有比纯铂更强的电催化能力,催化剂活性由高到低的顺序是Pt-Cr/C→Pt-Co/C→Pt-Ni/C→Pt/C。讨论了合金元素对催化剂活性的强化作用,认为合金元素的引入减小了Pt-Pt原子间距,降低了Pt的d电子轨道占有率,提高了催化剂的性能。     

Pt-MnO_2/C的制备及对乙醇电催化活性的研究

采用水热法制备了MnO2纳米棒,然后电沉积Pt合成了Pt-MnO2/C复合物.利用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对MnO2的晶型和形貌进行了表征,并运用循环伏安(CV)法考察了Pt-MnO2/C在不同条件下对乙醇的电催化活性.实验结果表明,该催化剂在乙醇浓度为0.5 mol/L,H2SO4浓度为0.5 mol/L,电沉积Pt 40段时对乙醇的电催化活性最好.     

直接甲醇燃料电池新型阳极催化剂的研究

为了降低直接甲醇燃料电池(DMFC)催化剂的成本,提高催化剂的电催化活性,以氯铂酸、氯化钴和钨酸钠为原料,以甲醛为还原剂,采用液相还原沉积法,制备了Pt-Co-W/C三元体系催化剂。采用循环伏安和单电池测试等方法对催化剂的电化学性能进行了分析和研究。结果表明,Pt、Co和W三种金属原子摩尔比为3∶2∶1时所制备的Pt-Co-W/C催化剂,在工作温度为25℃、电解液密度为0.1mol/LH2SO4 0.5mol/LCH3OH时的催化活性最好。其甲醇氧化峰的电位为0.66V,氧化电流密度为26mA/cm2,其催化活性与Pt-Ru/C的相当。此外,随着工作温度或甲醇浓度的升高,Pt-Co-W/C催化剂的甲醇氧化电流密度增大,氧化电位正移。单电池测试结果表明,Pt-Co-W/C催化剂有较强的抗CO毒化的能力。     

钴载量对Co-PPy/C催化剂氧还原性能的影响

以XC-72炭黑为载体,原位聚合制备碳载聚吡咯(PPy)复合载体,采用浸渍法及1 073 K高温热处理,制备Co-PPy/C催化剂。通过XRD、透射电镜(TEM)、元素分析(EA)和X射线光电子能谱(XPS)测试,对Co-PPy/C催化剂的结构和形貌进行分析。循环伏安和线性扫描伏安(LSV)测试结果表明:Co0.50-PPy/C催化剂在酸性介质中具有良好的氧还原活性。在0.5 mol/L H2SO4中,353 K下处理72 h后,催化剂中的钴粒子全部被溶出;催化剂中吡啶氮和石墨氮是此类催化剂的氧还原反应(ORR)活性中心。     

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。     

AFC泡沫镍沉积Pt、Pd催化剂的制备与表征

采用化学置换法制备了Pt/泡沫镍(foam-Ni)、Pd/foam-Ni、Pt-Pd/foam-Ni电极,采用线性伏安、交流阻抗、能谱仪(EDS)等技术研究了所制备的电极在6 mol/L的NaOH溶液中电催化性能。研究结果表明:所制备的电极在碱性溶液中都具有一定的电催化活性,但其电催化活性存在差异。在foam-Ni上沉积Pt、Pd制备的Pt/foam-Ni、Pd/foam-Ni和Pt-Pd/foam-Ni电极中,Pt-Pd/foam-Ni的电催化活性最好,充分说明二元催化剂的电催化性能要优于一元催化剂。     

微波合成Pt-M/C催化剂及其催化性能比较

采用微波多元醇法合成了Pt/C、Pt-M(Fe、Co、Ni)/C电催化剂,通过X-射线衍射仪(XRD)和透射电镜(TEM)测试手段对催化剂的微观结构、表面形貌等物理性能进行表征,并对其电化学性能进行了比较。测试结果表明:催化剂均高度分散在Vulcan XC-72碳载体上,Pt/C、Pt-Fe/C、Pt-Ni/C和Pt-Co/C电催化剂的平均粒径分别为:3.4、2.6、2.8、3.1 nm。在室温28℃下测得的电化学性能结果表明:合成催化剂在甲醇中的氧化活性高低顺序为:Pt-Fe/CPt-Co/CPt-Ni/CPt/C,催化剂电催化性的稳定性高低顺序为:Pt-Ni/CPt-Co/CPt-Fe/CPt/C,合成的Pt-M/C电催化剂催化性能均比Pt/C催化剂高,掺入合金Fe、Co和Ni后的Pt-M/C催化剂均具有较好的抗CO中毒的能力。     

甲醇直接氧化催化剂及其电化学性能研究

采用还原法制备了甲醇电氧化催化剂 ,运用循环伏安法测定了不同温度下催化剂的活性和稳定性。利用XRD技术分析了催化剂的晶体结构 ,制作了DMFC单电池 ,测定催化剂电化学性能。结果表明 :随着温度升高 ,甲醇电氧化峰值电流增大 ,峰值电位正移。在 0 .1mol·L- 1 CH3OH/ 0 .1mol·L- 1 H2 SO4电解液中 ,玻碳电极上所涂布的Pt催化剂量为 0 .2mg/cm2 时 ,80℃时的甲醇电氧化峰值电流达到 132mA/cm2 ,而峰值电位相对于Hg/Hg2 SO4电极 (MSE)仅为+0 .66V ,经多次循环扫描达到稳态峰值电流后 ,峰值电位不产生正移。XRD分析表明 ,催化剂中的铂以Pt( 111)晶态存在。采用液体进样 ,甲醇浓度为 2 .5mol·L- 1 ,常压、工作温度为 80℃时 ,DMFC单电池开路电压为 0 .58V ,输出电压为 0 .4V时 ,单电池输出电流达 16mA/cm2 。     

MoOx、WOx对PtRu/C催化剂甲醇电氧化作用的影响

采用甲酸还原的方法制备了PtRu/C催化剂,溶胶-浸渍的方法制备了PtRuWOx /C、PtRuMoOx /C催化剂,通过循环伏安法和电流-电位极化法研究了催化剂对甲醇的电氧化作用。结果表明,MoOx ,WOx 组分对甲醇的电氧化具有促进作用。通过饱和吸附CO溶出电量测定三种电催化剂的电化学表面积,发现MoOx 、WOx 组分对CO无吸附作用,但能有效地催化CO的氧化。     

直接甲醇燃料电池中阳极催化剂的研究进展

从铂基合金催化剂、以导电聚合物为载体的复合催化剂和含氮的大环配合物的开发等三个方面重点综述了直接甲醇燃料电池(DMFC)中阳极催化剂的研究进展,同时简要概述了DMFC中甲醇渗透对电池性能的影响及其解决方案。有关研究表明,合金组成、催化剂载体以及大环配合物对阳极催化剂的催化活性和稳定性有着直接的影响。尽管目前已经进行了大量的关于甲醇在阳极催化剂上的作用机理的研究工作,但还未形成共识。另外,利用新的合成方法制备高分散的催化剂也是阳极催化剂发展的重要方向。同时,还须从根本上解决甲醇在Nafion膜中的渗透问题。     

DMFC的阻甲醇渗透研究进展

甲醇从阳极到阴极的渗透是影响直接甲醇燃料电池性能的主要因素之一。对甲醇渗透问题进行了综述,重点介绍了阻甲醇渗透技术。近年来,阻甲醇渗透技术的研究主要集中在对全氟磺酸膜如Nafion膜的改性以及其他新型聚合物电解质膜的研制上,此外还可以通过电池操作条件的改变以及电极结构的优化来消除或减少甲醇渗透的影响。     

基于改进BP神经网络的甲醇浓度间接测量方法

提出了一种直接甲醇燃料电池电堆中甲醇浓度的间接测量方法。该方法基于直接甲醇燃料电池(DMFC)电堆中单电池所表现出的电化学特性,根据电堆运行时的电流、电压和温度值,采用改进BP神经网络,实时计算出电堆中的甲醇浓度,在无需安装甲醇浓度传感器的条件下,实现了DMFC电堆中甲醇浓度的间接测量。实验结果表明该方法的相对误差精度范围为[0,1.96%],可用于微小型直接甲醇燃料电池阳极进料浓度的实时控制。     

聚苯胺碳纳米管负载Pd对甲醇氧化性能的研究

在低温条件下,以导电聚合物聚苯胺修饰的碳纳米管为载体,通过微波辅助合成法制备催化剂。采用透射电子显微镜(TEM)测试手段对其进行微观结构表征,结果显示,聚苯胺修饰碳纳米管使载体表面Pd纳米粒子负载更加均匀,分散性得到改善;电化学测试结果显示,甲醇在Pd/CNTs-PANI(1∶0.08)催化剂上的氧化电流峰值明显增大,氧化起始电位从-0.411 V负移至-0.502 V,动力学性能提高;Pd/CNTs-PANI(1∶0.08)催化剂在测试过程中衰减平缓。聚苯胺修饰载体制备的催化剂对甲醇氧化具有较高的活性和稳定性。     

直接甲醇燃料电池中多物理量分布的一维模拟

为了研究直接甲醇燃料电池(DMFC)内的电流、电位和各物质的浓度等物理变量的分布,建立了沿电池厚度方向的一维模型。模型的研究区域包括阳极扩散层、阳极催化层、质子交换膜、阴极催化层和阴极扩散层。模型中较细致地描述了甲醇氧化的多步骤复杂反应,而催化层结构采用团聚体模型来描述,模型中还考虑了甲醇穿透对阴极氧气反应的影响和甲醇进料浓度对各物理量分布的影响。从模拟结果可以看到,在阳极扩散层由于甲醇氧化反应速率较大,甲醇在阳极催化层两侧的浓度梯度大于阳极扩散层浓度梯度;由于扩散层厚度远远大于催化层厚度,甲醇在阳极扩散层的浓度差比在阳极催化层的浓度差大;在阴极催化层由于甲醇氧化反应速率较小,甲醇浓度变化很小;电池内膜相电位不同导致各处过电位不同。     

甲醇阳极制备工艺

对甲醇阳极的制备工艺进行了研究。通过对甲醇阳极不同的气体扩散层的研究,得出由碳黑和聚四氟乙烯(PTFE)形成的气体扩散层制成的电极电池性能最好,气体扩散层中PTFE的最佳含量为20%。通过甲醇阳极横断面的扫描电镜(SEM)与X射线散射图谱(EDS)分析,探讨了气体扩散层影响电池性能的原因。同时对碳纸支持层的影响也进行了研究。阴极空气近于大气压条件下,阳极Pt含量3.5mg/cm2,阴极Pt含量1.6mg/cm2,1mol/L甲醇浓度,电池温度60℃条件下,电池的开路电压为0.66V,0.4V时电池的电流密度为60mA/cm2,0.2V时电流密度为120mA/cm2。     

运行参数对单体直接甲醇燃料电池性能的影响

分别在不同温度、不同燃料浓度、不同燃料进料速度下测试了单体直接甲醇燃料电池的极化曲线、功率密度曲线以及阴、阳极的极化曲线.结果表明:随着电池操作温度升高电池性能逐渐提高,阳极极化过电位明显减小;但甲醇的渗透速率也同时增大,在阴极产生混合电位,增大了阴极极化;随着进料浓度升高,阳极出现浓差极化的电流密度增大,甲醇渗透速率增加,阴极电化学极化过电位增大;在电池运行温度、阳极燃料浓度一定情况下,进料速度对电池性能影响相对较小;在所研究的电池运行参数范围内,电池温度为60℃、阳极燃料浓度为1.0 mol/L、进料速度为2.5 mL/min时电池的性能最佳,最大功率密度为61.7 mW/cm2.     

基于运行参数的直接甲醇燃料电池的实验

通过改变直接甲醇燃料电池的运行参数,研究了阳极甲醇流量、阴极空气流量、温度、阴极空气背压和甲醇浓度对电池性能的影响.研究表明:电池性能随阳极甲醇流量的增加先升高后降低,存在一个流量最优值;阴极空气流量提高有利于产物水的排出,从而提高电池性能;电池性能随电池温度的升高而提高,过高的空气预热温度使阴极过分干燥,从而使电池性...