电化学还原制备铂-氢钨青铜阳极-科学学研究.PDF

第２８卷 第１２期 应 用 化 学 Ｖｏｌ．２８Ｉｓｓ．１２ ２０１１年１２月 　　　　　　　ＣＨＩＮＥＳＥＪＯＵＲＮＡＬＯＦＡＰＰＬＩＥＤＣＨＥＭＩＳＴＲＹ　　　　　　　 Ｄｅｃ．２０１１ 电化学还原制备铂氢钨青铜阳极 杨　勇　赵文文　施庆乐　张　华 （南京工业大学 材料科学与工程学院　南京２１０００９） 摘　要　用电化学还原法在炭布上电沉积铂氢钨青铜复合催化剂作为质子交换膜燃料电池（ＰＥＭＦＣ）阳极。 利用Ｘ射线衍射、扫描电子显微镜、单电池极化性能测试以及电化学阻抗谱（ＥＩＳ）法研究了催化剂的组成、分 散性及其对氢氧化的电催化性能。实验结果表明，阴极还原顺序对催化剂的形貌及分散有较大的影响。采用 分步还原法制备的ＨＷＯ／Ｐｔ电极（先沉积铂，后沉积氢钨青铜）对氢氧化具有较高的催化活性，氢钨青铜与 ｘ ３ 铂形成协同催化效应，提高了铂对氢氧化的催化活性。而共沉积制备的ＰｔＨＷＯ催化剂的电催化活性较差， ｘ ３ 这是因为共沉积过程中，由于受到２种电解液共存的影响，电极催化层中没有或较少得到氢钨青铜，且铂催化 剂出现明显的团聚现象。 关键词　电化学还原法，氢钨青铜，阳极，质子交换膜燃料电池 中图分类号：Ｏ６４６　　　　　文献标识码：Ａ　　　　　文章编号：１００００５１８（２０１１）１２１４０８０７ ＤＯＩ：１０．３７２４／ＳＰ．Ｊ．１０９５．２０１１．００７５８ 质子交换膜燃料电池（ＰＥＭＦＣ）具有反应温度低、能量密度大、效率高和无污染等优点，使其在便携 式电源、动力电源及发电站等领域有着广泛的应用前景。传统催化剂以铂为主要成分，铂的成本高一直 是制约ＰＥＭＦＣ发展的一大问题，因此如何降低铂的使用量，并进一步提高催化活性是这一领域的研究 ［１５］ 热点。添加辅助催化剂是降低铂使用量、提高其催化活性的有效途径 。氢钨青铜（ＨＷＯ，０ ｘ １） ｘ ３ ≤ ≤ 为非化学计量化合物，拥有六元、五元或四元环孔道，且沿（００１）方向形成一维孔道，具有特殊的空间隧 ［６７］ 道结构 。氢钨青铜的这种结构有利于离子的脱嵌与交换，使其具有给予和接受质子的能力。氢钨青 铜作为辅助催化剂与铂结合，其提供质子时可以促进铂对氧还原的催化作用［８］，接受质子时可以提高 ［９］ 铂对甲醇等有机小分子氧化的催化作用 。氢的氧化属于给出质子的电荷交换过程，氢钨青铜可接受 质子以增强铂对氢氧化的催化活性，因而其作为质子交换膜燃料电池阳极催化材料的研究将具有较大 的应用前景。 ［１０１７］ ［５，１７］ 氢钨青铜的制备方法及应用已有较多报道 ，其中李伟善等 利用循环伏安法，在玻炭电极表 面还原制备了氢钨青铜及铂氢钨青铜的复合电催化剂，并研究了其电催化性能。但该实验中获得的样 品量较少，且不易进行催化剂样品的分离提取操作，从而制约了将该催化剂样品作为电极催化剂进行单 电池性能测试，以进一步研究其实际应用，最终也难以实现其作为电极催化材料在ＰＥＭＦＣ中的商业化 应用。针对这一问题，本研究采用电化学还原法在炭布上直接电沉积还原铂、氢钨青铜，并进一步将担 载了催化剂样品的炭布作为ＰＥＭＦＣ阳极，组装成单电池进行性能测试。通过采用不同电化学还原顺序 制备电极并进行单电池性能测试，确定制备具有较高催化活性电极的工艺途径，并探究氢钨青铜与铂的 协同催化机理。 １　实验部分 １．１　试剂和仪器 炭布为ＥＴＥＫ公司产品，氯铂酸（ＨＰｔＣｌ·６ＨＯ，分析纯，国药集团化学试剂有限公司），钨酸钠 ２ ６ ２