超低Pt及合金燃料電池催化劑的研究.pdf

1、質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)是將氫燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能最為有效的裝置，在PEMFC產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程中，其成本問(wèn)題一直是困擾其發(fā)展的核心問(wèn)題之一。目前，減少膜電極(MEA)中貴金屬催化劑的用量和提高其利用效率，是降低MEA成本的主要途徑。
　　 直接電化學(xué)沉積由于能夠?qū)崿F(xiàn)將金屬催化劑選擇性的沉積在既有電子通道，又有離子傳輸通道的與質(zhì)子膜接觸的載體上，顯示了比傳統(tǒng)的以質(zhì)子交換膜電解質(zhì)溶液粘接Pt/C催化劑的方法更高的催化劑利用率。

2、但是，直接將貴金屬鉑沉積在質(zhì)子交換膜粘接的多孔碳電極上時(shí)，存在因析氫導(dǎo)致鉑鹽局部水解、沖垮多孔碳層，以及所沉積的鉑晶粒粗大等缺陷。本論文通過(guò)四步電沉積方法制備了碳載超低鉑的Cu/Pt催化電極。在水溶液中通過(guò)四步電沉積法將高分散的過(guò)渡金屬Cu納米粒子沉積在多孔碳電極(PCE)上，然后將所得到的Cu/PCE電極浸入到氮?dú)獗Ｗo(hù)的氯鉑酸溶液中通過(guò)置換反應(yīng)得到高分散的碳載超低鉑催化電極。這樣在充分發(fā)揮脈沖電沉積瞬時(shí)峰電流高的優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，克服了脈沖

3、電沉積過(guò)程中由雙電層電容充放電所導(dǎo)致的Cu核晶粒過(guò)大、尺寸難以控制的弊端。
　　 本論文還嘗試用四步電沉積的方法，將金屬Fe沉積在已制得的Pt/PCE表面，制備出低擔(dān)載、高催化活性的Pt-Fe/PCE合金催化電極。
　　 針對(duì)現(xiàn)有鉑基催化劑穩(wěn)定性和氧還原活性較差的缺點(diǎn)，制備了以多壁碳納米管(MWCNTs)為催化劑載體的PtNi/MWCNTs合金催化劑。多壁碳納米管(MWCNTs)作為載體可以在一定程度上避免碳載體的腐蝕，

4、提高催化劑的穩(wěn)定性；另一方面，通過(guò)缺電子過(guò)渡金屬元素Ni的加入改變鉑催化劑的電子構(gòu)型，增加鉑的5d空穴軌道，使鉑催化劑更容易接受MWCNTs上含氧基團(tuán)的π軌道電子而形成較強(qiáng)的吸附鍵，從而將鉑牢固的錨定到MWCNTs載體上，提高整個(gè)催化劑的穩(wěn)定性和氧還原活性。
　　 本論文通過(guò)四步電沉積法制備的碳載超低鉑催化電極克服了直接電沉積Pt的析氫問(wèn)題，并且獲得的Pt顆粒小，其氧還原性能明顯優(yōu)于采用脈沖電沉積、直接電沉積法制備的Pt/C電極