质子交换膜燃料电池阴极催化剂的制备和稳定性研究.pdfVIP

质子交换膜燃料电池阴极催化剂的制备与稳定性研究 *1 1 1 2 1 2 尹鸽平 ，张生 , 杜春雨 ，邵玉艳 , 王家钧 ，Yuehe Lin （1.哈尔滨工业大学化工学院, 黑龙江，哈尔滨，150001, E-mail: yingphit@hit.edu.cn；2. Pacific Northwest National Laboratory, Richland, WA, 99352, USA. ） 近些年来，质子交换膜燃料电池作为一种清洁能源受到广泛关注。但是其高 昂的价格以及较短的使用寿命阻碍了它的商业化发展。作为燃料电池关键材料之 一的电催化剂成为研究热点。为了提高催化剂的活性和稳定性，本研究组近年在 Pt 的修饰、催化剂载体、制备方法以及性能衰减机制等方面开展了研究。 采用聚电解质（PDDA ）稳定Pt 纳米粒子。Pt前驱体PtCl62- 离子首先由于静 电作用被束缚在PDDA 的长链形成的纳米反应器（nanoreactors ）中，进而被还原 成 Pt 纳米粒子。PDDA作为稳定剂使这些Pt 粒子在溶液中均匀分散并沉积到碳 载体上。结果表明：PDDA修饰的Pt催化剂比E-tek Pt/C 催化剂的稳定性有明显 的提高。原因是PDDA和Pt粒子之间的作用限制了Pt颗粒的迁移与团聚，阻止了 Pt颗粒从碳载体表面脱落，增强了Pt 的抗氧化能力。 采用几种新型载体材料制备催化剂，研究了载体对催化剂活性和稳定性的影 响。（1 ）纳米石墨片（Graphite submicronparticles ，GSP ）载体。GSP是由天然 石墨经过球磨得到，成本较低。采用乙二醇法（EG法）将Pt还原到GSP上。电化 学测试表明：与Pt/C和Pt/CNT相比，Pt/GSP 显示出高的氧还原活性和电化学稳定 性。这是因为GSP高的石墨化程度导致高的腐蚀电阻，从而提高了催化剂的稳定 性。（2 ）高石墨化碳管（graphitic carbon nanotubes, G-CNTs ）载体。CNTs石墨化 有利于载体稳定性的提高。但G-CNTs表面缺陷少，用传统方法很难在其上沉积 Pt颗粒。采用静电自组装方法实现了在G-CNTs表面沉积高分散的Pt颗粒。用 PDDA包覆G-CNTs使其表面带正电荷，通过静电作用将PtCl62- 吸附在碳管表面并 使其还原。初步研究显示Pt/G-CNTs 电化学活性面积（ESA ）以及氧还原活性 （ORR ）均高于Pt/CNTs催化剂，同时Pt/G-CNTs具有较高的稳定性。这是因为载 体高石墨化碳管具有完整的结构和较高的腐蚀电阻。（3 ）C@MOx （M为过渡金 属）核壳型纳米复合物载体。MOx 既可以提高载体和催化剂的稳定性，还可以 起到助催化作用。分别应用水热合成和湿化学法制备了CNT@SnO 和C@RuO 载 2 2 体，并借助微波法制备了相应的Pt催化剂。发现Pt/(CNT@SnO )和Pt/(C@RuO ) 2 2 催化剂具有良好的稳定性，且Pt/(C@RuO )催化剂还具有很好的耐甲醇渗透性能。 2 On Stability of Cathode Electrocatalyst for PEM fuel cells *1 1 1 2 1 2 Geping Yin , Sheng Zhang , Chunyu Du ,Yuyan Shao , Jiajun Wang , Yuehe Lin (1.Department of Applied Chemistry, Harbin Institute of Technology, Harbin, Heilongjiang,