釕鈷合金催化劑的制備與氧還原催化活性.pdf

1、質(zhì)子交換膜燃料電池具有工作溫度低、啟動快、比功率高等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是電動汽車等的首選能源?，F(xiàn)有的燃料電池技術(shù)需要使用價(jià)格昂貴的鉑基催化劑，且陰極氧還原反應(yīng)的過電位較大，嚴(yán)重阻礙了其商業(yè)化進(jìn)程。因此，有必要研究同時具有高氧還原活性和良好穩(wěn)定性的非鉑陰極催化劑。釕基催化劑具有良好的氧還原活性，但釕硒化合物催化劑的穩(wěn)定性較差，釕用量大，而釕基合金催化劑中釕的用量可調(diào)整，但存在氧還原活性較差，合成所用的金屬先驅(qū)體較昂貴，甚至有毒，難于得到純相等問

2、題。本論文采用較廉價(jià)的金屬氯化物為原料，探索浸漬還原法并結(jié)合熱處理制備高氧還原活性和高穩(wěn)定性的碳載釕鈷（鐵）合金催化劑的方法，系統(tǒng)研究了釕/鈷比例、催化劑載體、熱處理溫度及時間對催化劑結(jié)構(gòu)、組成及氧還原活性的影響，深入探討了不同合成參數(shù)下合金化程度、活性位、載體石墨化程度與氧還原催化活性的關(guān)系。
　　結(jié)果表明，采用釕/鈷摩爾比(Ru/Co)為2.0，經(jīng)400℃熱處理2小時制備得到了結(jié)晶良好、六方相的碳納米管負(fù)載釕鈷合金催化劑，在酸

3、性介質(zhì)中的氧還原峰電位（Ep）為0.631 V，氧還原反應(yīng)電位(EORR)為0.708 V，轉(zhuǎn)移電子數(shù)達(dá)到3.7。經(jīng)500圈循環(huán)測試后EORR值僅降低了12 mV，活性和穩(wěn)定性俱佳。而Ru/Co=0.5時得到的催化劑氧還原活性更好，Ep=0.680 V，EORR=0.736 V，轉(zhuǎn)移電子數(shù)為4.0，但經(jīng)500圈循環(huán)測試后EORR值降低了90 mV，穩(wěn)定性較差。石墨烯負(fù)載的釕鈷合金催化劑結(jié)晶性較差，同時存在釕單質(zhì)及釕鈷合金相，氧還原活性較

4、差，EORR=0.691 V，Ep=0.616 V。
　　釕/鈷比例顯著影響釕與鈷的合金化過程和載體石墨化程度，進(jìn)而影響催化劑的活性位。釕鈷合金的形成不但有利于減小催化劑的顆粒尺寸，而且可以改變與碳載體的相互作用。釕/鈷摩爾比為2.0時合金化程度更完全，同時碳納米管載體的石墨化程度較高，缺陷較少，因此氧還原活性和穩(wěn)定性均較好;釕/鈷摩爾比為0.5時催化劑的平均粒徑最小，因此氧還原活性最好，但合金化程度不夠完全，且碳納米管載體的石墨