Cu-Pt核-殼結(jié)構(gòu)燃料電池催化劑的電化學(xué)構(gòu)筑與催化特性研究.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，其成本問題一直是困擾其發(fā)展的核心問題之一。目前，減少M(fèi)EA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)沉積法由于能夠?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。但是，直接將

2、貴金屬鉑沉積在質(zhì)子交換膜粘接的多孔碳電極上（PCE）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。
　　本研究通過電化學(xué)沉積方法，將納米尺度的、析氫過電位較高的非鉑族過渡金屬Cu沉積在PCE上，作為核/殼型催化劑的核。然后，通過所沉積非鉑族過渡金屬Cu與氯鉑酸之間的化學(xué)置換反應(yīng)，在碳載Cu的表面形成完全置換的鉑單原子層，作為核/殼型催化劑的殼，構(gòu)筑省鉑型、核/殼型燃料電池催化劑 Cu/Pt。這樣，在保

3、留電化學(xué)沉積催化劑方法優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，克服了由直接電化學(xué)沉積鉑所導(dǎo)致的析氫問題、水解問題、所沉積鉑顆粒太大等一系列缺陷。
　　第一步，采用電化學(xué)沉積方法，在PCE上制備核/殼型催化劑的Cu核。由于Cu的析氫過電位很高，在沉積過程中基本不存在析氫、水解等問題，通過優(yōu)化脈沖參數(shù)能制備出平均粒徑80-90nm且均勻分散在整個(gè)多孔電極的Cu核；
　　第二步，通過所沉積 Cu核與氯鉑酸進(jìn)行化學(xué)置換反應(yīng)，制備核/殼型催化劑的Pt殼。在這一步

4、中，由于在酸性的氯鉑酸中置換，不可避免的存在 Cu核的自溶解，為了保護(hù)Cu核，在置換過程中加入硫脲作為緩蝕劑或是調(diào)高溶液的PH都是有效的途徑。當(dāng)加入硫脲或是調(diào)高溶液的PH后，Cu/Pt核/殼催化劑中的Cu與Pt的原子比增加，在加入硫脲10mg·mL-1且調(diào)節(jié)PH為6時(shí)，Cu/Pt核/殼中Cu和Pt原子比達(dá)到32:68。Cu/Pt核/殼結(jié)構(gòu)通過SEM，EDX，XRD等測(cè)試方法進(jìn)行了表征。
　　Cu/Pt核/殼催化劑展示了較好的催化活