基于高吸水树脂的催化剂制备及其ORR性能研究 .pdfVIP

基于高吸水树脂的催化剂制备及其

ORR性能研究

摘要：本文研究了一种基于高吸水树脂的催化剂的制备方法及其在氧

还原反应（ORR）中的性能。通过化学共沉淀法制备Pt/高吸水树脂复

合催化剂，并对其结构、形貌、分散性以及化学组成进行了表征。测

试结果表明，所制备的Pt/高吸水树脂催化剂在ORR反应中表现出良好

的活性和稳定性，其催化活性明显优于商业Pt/C催化剂。此外，本文

还探究了催化剂的高吸水树脂成分对催化剂性能的影响，并分析了反

应机理。

关键词：高吸水树脂；催化剂制备；Pt/高吸水树脂；氧还原反应；

催化性能

Introduction

氧还原反应（ORR）作为一种重要的电化学反应，在燃料电池、金属空

气电池、锂空气电池等领域中得到广泛应用。Pt/C催化剂是ORR反应

的主流催化剂，但其价格昂贵，稳定性和耐久性也存在一定问题。因

此，寻找价格低廉、性能优越的替代品是当前研究的热点之一。高吸

水树脂是一种水凝胶材料，具有高度的水吸附能力、良好的化学稳定

性和界面活性，因此成为一种有潜力的Pt催化剂载体。

Methods

本研究采用化学共沉淀法制备了一种Pt/高吸水树脂复合催化剂。通过

扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射

（XRD）、拉曼光谱（RAMAN）等表征手段对其结构、形貌、分散性以

及化学组成进行了分析。

ResultsandDiscussion

测试发现，所制备的Pt/高吸水树脂催化剂在ORR反应中具有比商业

Pt/C催化剂更高的催化活性和稳定性。这可能是由于高吸水树脂的水

凝胶结构能够提高催化剂的稳定性，使其更好地抵抗电催化剂的结构

性变化和腐蚀。此外，化学组成分析表明，高吸水树脂的成分对催化

剂性能也有一定影响。高吸水树脂中含有丰富的质子氧化物基团

（PhSO3H），这些基团能够在催化反应中参与质子传递过程，进而促

进ORR反应的进行。

Conclusion

通过本次研究，我们成功制备了一种基于高吸水树脂的Pt催化剂，并

评价了其在ORR反应中的催化性能。结果表明，所制备的催化剂性能

优于商业Pt/C催化剂，具有良好的活性和稳定性，是一种潜在的替代

品。同时，通过分析催化剂中高吸水树脂成分的影响，可以为未来的

催化剂设计和制备提供参考。

Keywords：高吸水树脂；催化剂制备；Pt/高吸水树脂；氧还原反应；

催化性能

Introduction

氧还原反应（ORR）是许多能源转换和储存技术中的关键反应，如燃料

电池、金属空气电池和电解水制氢等。铂（Pt）是一种重要的ORR催

化剂，由于其出色的催化性能和稳定性，被广泛应用。然而，高昂的

成本和有限的资源供应使得寻找新型替代Pt催化剂的研究变得十分必

要。近年来，高吸水树脂作为一种新型的有机多孔材料被广泛关注，

在催化剂领域应用也得到了迅速发展。因此，本研究旨在探究基于高

吸水树脂的Pt催化剂在ORR反应中的催化性能。

Experimental

首先，制备了一种高吸水树脂（XAD-7HP），并利用扫描电子显微镜

（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射（XRD）、拉曼光谱

（RAMAN）等表征手段对其结构、形貌、分散性以及化学组成进行了分

析。随后，制备了一种Pt/高吸水树脂催化剂，并对其在ORR反应中的

催化性能进行了测试。同时，将其与商业Pt/C催化剂进行了对比。

ResultsandDiscussion

SEM和TEM图像表明，制备的高吸水树脂具有均匀的孔道和细小的颗粒

尺寸。XRD结果表明，高吸水树脂具有典型的有机多孔材料的衍射峰。

RAMAN光谱结果表明，高吸水树脂中存在多种有机官能团，如苯环、羧

基、磺酰基等。化学组成分析表明，高吸水树脂中含有丰富的质子氧

化物基团（PhSO3H）。

测试发现，制备的Pt/高吸水树脂催化剂在ORR反应中具有比商业

Pt/C催化剂更高的催化活性和稳定性。可能是由于高吸水树脂的水凝

胶结构能够提高催化剂的稳定性，使其更好地抵抗电催化剂的结构性

变化和腐蚀。此外，化学组成分析表明，高吸水树脂的成分对催化剂

性能也有一定影响。高吸水树脂中含有丰富的质子氧化物基团

（PhSO3H），这些基团能够在催化反应中参与质子传递过程，进而促

进ORR反应的进行。

Conclusion

通过本次研究，我们成功制备了一种基于高吸水树脂的Pt催化剂，并

评价了其在ORR反应中的催化性能。结果