新型Pt-Sn/C阳极催化剂对乙醇的电催化氧化性能

 研究了用于直接乙醇燃料电池的自制Pt-Sn/C阳极催化剂对乙醇的电催化氧化性能. 采用直流伏安法和交流阻抗法分析了电池温度和极化电位对乙醇电催化氧化性能的影响,比较了不同温度下甲醇和乙醇通过Nafion 117膜的扩散系数. 结果表明,乙醇通过Nafion 117膜的扩散系数小于甲醇的扩散系数. 伏安法测试结果表明,Pt-Sn/C催化剂对乙醇的催化氧化活性高于商品化的Pt-Ru/C催化剂. 在实验温度范围内,乙醇在Pt-Sn/C催化剂上的初始氧化电位比在Pt-Ru/C催化剂上低约0.2 V; 同一电位下Pt-Sn/C催化剂比Pt-Ru/C催化剂的氧化电流密度高出20～60 mA/cm2,且电流密度的差值随温度的升高而增大. 交流阻抗法测试结果表明,Pt-Sn/C催化剂对乙醇具有更高的催化活性. 在90 ℃下,以1 mol/L的乙醇为燃料,氧气为氧化剂时,Pt-Sn/C催化剂显示出良好的电池性能,电池最高功率密度为44 mW/cm2,而Pt-Ru/C催化剂的电池最高功率密度仅为27 mW/cm2.     

介观结构氮掺杂碳纳米笼负载铂-钌合金催化剂的优异甲醇电氧化性能

利用氮掺杂碳纳米笼（hNCNC）的高比表面积及掺杂氮原子的锚定作用,方便地将约3 nm的Pt-Ru合金纳米粒子均匀地负载在hNCNC表面,制得了Pt和Ru比例可调的Pt-Ru/hNCNC双金属合金催化剂.这些催化剂展现出优异的甲醇催化氧化活性和稳定性,且具有良好的抗CO中毒能力,显著优于Pt/hNCNC和商业PtRu/C等对照组催化剂.其优异的电化学性能可归因于以下因素的协同作用：（1） Pt-Ru合金的双功能机制增强了催化剂的CO氧化脱附能力从而使活性位重新暴露,（2） hNCNC的氮掺杂及高比表面积有利于获得粒径小且均匀的合金纳米粒子,（3） hNCNC的多尺度分级孔结构有利于甲醇等参与反应物质的传输.     

乙二胺接枝改性碳纳米管负载的乙醇氧化电催化剂Pt及Pt-Ru的制备及电催化性质

采用化学法制备了乙二胺接枝改性碳纳米管（ED/MWNTs）负载的Pt及Pt-Ru催化剂,并用红外光谱法、透射电镜分析（TEM）及X射线能谱技术对催化剂进行了表征。结果表明：乙二胺对碳纳米管的改性使Pt及Pt-Ru在碳管上的分布更均匀,粒径更小。同时,催化剂对乙醇电催化氧化活性的电化学研究结果表明：乙二胺改性可明显提高Pt-Ru/MWNTs/C 和Pt/MWNTs/C的电催化活性,而且Pt/ED/MWNTs/C的活性甚至比Pt-Ru/MWNTs/C的活性还高。由此,ED/MWNTs作为乙醇电氧化催化剂的载体有着很好的应用前景。     

合金化程度对炭载Pt-Ru催化剂性能的影响

在含四氢呋喃(THF)的水溶液中, 室温下用NaBH₄还原H₂PtCl₆和RuCl₃制得Pt-Ru/C催化剂. 其Pt-Ru 粒子的合金化程度较高, 平均粒径较小, 相对结晶度较低. 因此对甲醇氧化的电催化活性远高于Pt-Ru 粒子的平均粒径和相对结晶度相似的, 而且Pt-Ru合金化程度低的商业化的E-TEK的Pt-Ru/C催化剂, 表明Pt-Ru的合金化程度对Pt-Ru/C催化甲醇氧化的电催化活性有很大的影响.     

络合还原法制备碳载钯纳米粒子及其电催化甲酸氧化

应用柠檬酸钠络合还原法制备了粒径小、分布均匀的碳载Pd纳米粒子(Pd/C).由于柠檬酸钠的络合作用,有效地降低了Pd粒子在形成过程中的团聚.经过简单的热处理调控Pd粒子大小,发现随热处理温度的升高,Pd粒子直径由初始的2.7 nm增大到5.8 nm左右.电化学测试表明Pd/C的Pd粒子尺寸越小,电催化甲酸氧化的质量比活性越高,但如当Pd粒径较大,则催化剂呈现出更高的面积比活性.Pd粒径为3.6 nm的催化剂,其电催化甲酸氧化的稳定性最好.     

PEMFC催化剂的研究：自制抗CO中毒Pt-Ru/C电催化剂的性质

用胶体法制备了抗CO中毒PEMFC阳极Pt-Ru/C电催化剂（标记为THYT－2）,对 比研究了THYT－2与Johnson Matthey (JM)公司同类品牌Pt-Ru/C催化剂的电化学及 其它物理化学性能。结果表明,THYT－2电催化剂在甲醇燃料电池和CO／H_2（Φ_ (CO) = 1 * 10~(-4)）的氢氧燃料电池中的电催化行为与JM催化剂相当,但THYT－ 2在低浓度CO氢气燃料中的电池性能更好。两种催化剂的其它物理化学性质具有类 似性：XPS分析结果表明THYT－2和JM催化剂 中都有三种不同价态的Pt存在：即金 属态Pt(0)、氧化态Pt(II)和Pt(IV)。HRTEM测试结果表明两种催化剂的粒径处在2 ～3 mn左右,这可能是它们拥有良好电化学性能的主要原因之一。本文还对催化剂 中Pt与Ru组分的分布和相互作用进行了讨论,提出了改进Pt-Ru/C电催化剂的思路 。     

直接甲醇燃料电池性能

采用商品Pt-Ru/C和Pt/C催化剂制备成甲醇阳极和氧阴极,Nafion-115为固体电解质膜,组装成面积为9cm^2单电池,研究了电池在放电运转过程中各种操作条件,如温度、氧气压力,甲醇浓度等对电池性能的影响,并考察了电池室温放电性能随时间的变化,发现增加电池的温度和 氧气压力均可明显提高电池性能,在合适的甲醇学及氧气压力下电池在室温具有一定的稳定放电性能。     

直接甲酸燃料电池炭载Pd阳极催化剂的稳定性

用X射线衍射和电化学方法研究了在甲酸溶液中浸泡一段时间后的Pd/C催化剂的结构和电催化性能, 发现在甲酸溶液中浸泡15 d后, Pd/C催化剂中Pd粒子的相对结晶度由1.73增加到3.34, 平均粒径由4.4 nm降低到1.8 nm, 对甲酸氧化的电催化活性和稳定性降低, 甲酸氧化的峰电流密度由9.3 mA/cm2降低到6.7 mA/cm2. 这可能是由Pd/C催化剂中的Pd在甲酸中会有一定的溶解和Pd/C催化剂能催化分解甲酸引起的.     

室温制备高合金化Pt-Ru/CMK-3催化剂及其对甲醇的电催化氧化

通过低温络合反应制备了高分散高合金化的Pt-Ru固溶体, 并将其均匀地担载在有序介孔碳CMK-3上, 以形成二元复合金属催化剂. XRD谱图表明,fcc结构的Pt原子部分被hcp结构的Ru原子取代形成置换固溶体， 而且几乎没有未形成合金的Ru存在. TEM和XRD研究结果表明， Pt-Ru/CMK-3催化剂中Pt-Ru合金粒子的平均粒径为27 nm, 且具有良好的均一度. 还研究了催化剂对甲醇的电催化氧化性能, 并与E-TEK公司同类催化剂进行了对比, 研究结果表明, Pt-Ru/CMK-3催化剂具有较大的电化学活性面积, 对甲醇的电催化氧化性能和抗CO中毒能力明显优于其它同类催化剂.     

化学镀制备高性能直接乙醇燃料电池(DEFC)阳极催化剂PtRu/C和PtRuSn/C

应用化学镀方法,以活化-敏化处理的活性炭作载体,制备高分散催化剂PtRu/C和PtRuSn/C.XRD、TEM及电化学测试表明,该催化剂Pt、Ru、Sn形成合金.金属颗粒的平均粒径约为3 nm.PtRu/C和PtRuSn/C二者对乙醇的阳极氧化都具有良好的催化活性和稳定性.     

Solvent effects on Pt-Ru/C catalyst for methanol electro-oxidation

Alloying degree, particle size and the level of dispersion are the key structural parameters of Pt-Ru/C catalyst in fuel cells. Solvent(s) used in the preparation process can affect the particle size and alloying degree of the object substance, which lead to a great positive impact on its properties. In this work, three types of solvents and their mixtures were used in preparation of the Pt-Ru/C catalysts by chemical reduction of metal precursors with sodium borohydride at room temperature. The structure of the catalysts was characterized by X-ray diffraction (XRD) and Transmission electron microscopy (TEM). The catalytic activity and stability for methanol electro-oxidation were studied by Cyclic Voltammetry (CV) and Chronoamperometry (CA). Pt-Ru/C catalyst prepared in H₂O or binary solvents of H₂O and isopropanol had large particle size and low alloying degree leading to low catalytic activity and less stability in methanol electro-oxidation. When tetrahydrofuran was added to the above solvent systems, Pt-Ru/C catalyst prepared had smaller particle size and higher alloying degree which resulted in better catalytic activity, lower onset and peak potentials, compared with the above catalysts. Moreover, the catalyst prepared in ternary solvents of isopropanol, water and tetrahydrofuran had the smallest particle size, and the high alloying degree and the dispersion kept unchanged. Therefore, this kind of catalyst showed the highest catalytic activity and good stability for methanol electro-oxidation.     

Pt-Ru supported on double-walled carbon nanotubes as high-performance anode catalysts for direct methanol fuel cells

Pt-Ru supported on carbon nanotubes (CNTs) (single-walled nanotubes, double-walled nanotubes (DWNTs), and multi-walled nanotubes) catalysts are prepared by an ethylene glycol reduction method. Pt-Ru nanoparticles with a diameter of 2-3 nm and narrow particle size distributions are uniformly deposited onto the CNTs. A simple and fast filtration method followed by a hot-press film transfer is employed to prepare the anode catalyst layer on a Nafion membrane. The Pt-Ru/DWNTs catalyst shows the highest specific activity for methanol oxidation reaction in rotating disk electrode experiments and the highest performance as an anode catalyst in direct methanol fuel cell (DMFC) single cell tests. The DMFC single cell with Pt-Ru/DWNTs (50 wt %, 0.34 mg Pt-Ru/cm(2)) produces a 68% enhancement of power density, and at the same time, an 83% reduction of Pt-Ru electrode loading when compared to Pt-Ru/C (40 wt %, 2.0 mg Pt-Ru/cm(2)).     

Nd_x作为助催化剂对PtRu/C电催化氧化甲醇活性的影响

采用沉积-还原法制备了PtRu-NdOx/C催化剂,借助TEM、EDS和XRD等测试手段对其进行了微结构和组成的表征.结果表明,催化剂中Pt与Ru以合金形式存在,而Nd的氧化物则以无定形形态存在.催化剂粒子的平均粒径在2nm左右,晶胞参数为0.3896nm,Nd氧化物的加入对PtRu合金的晶体结构影响不明显.采用循环伏安法和计时电流法,比较了PtRu-NdOx/C催化剂和PtRu/C催化剂对甲醇氧化的电催化活性,结果表明,加入Nd的氧化物作为助催化剂能明显提高PtRu/C催化剂对甲醇氧化的电催化性能.     

NdOx作为助催化剂对PtRu/C电催化氧化甲醇活性的影响

采用沉积-还原法制备了PtRu-NdOx/C催化剂, 借助TEM、EDS和XRD等测试手段对其进行了微结构和组成的表征. 结果表明, 催化剂中Pt与Ru以合金形式存在, 而Nd的氧化物则以无定形形态存在. 催化剂粒子的平均粒径在2 nm左右, 晶胞参数为0.3896 nm, Nd氧化物的加入对PtRu合金的晶体结构影响不明显. 采用循环伏安法和计时电流法, 比较了PtRu-NdOx/C催化剂和PtRu /C催化剂对甲醇氧化的电催化活性, 结果表明, 加入Nd的氧化物作为助催化剂能明显提高PtRu /C催化剂对甲醇氧化的电催化性能.     

Nanostructure and surface composition of Pt and Ru binary catalysts on polyaniline-functionalized carbon nanotubes

Pt-Ru binary catalysts were prepared on a polyaniline-functionalized multiwalled carbon nanotube (PANi/MWCNT). PANi/MWCNT composites were synthesized by the polymerization of aniline in the presence of a carbon nanotube suspension using FeSO(4) and (NH(4))(2)S(2)O(8) as the oxidants. The Pt-Ru/PANi/MWCNT catalysts were formed by the chemical reduction of H(2)PtCl(6) and RuCl(3) using NaBH(4) as the reducing agent. The binary component catalyst is sharply distributed, with particle sizes ranging from 2.0 to 4.0 nm, and the Pt and Ru distributions are homogeneous when supported on PANi/MWCNT. In comparison, the binary catalyst supported on bare MWCNT displayed a Pt-rich core and a Ru-rich shell nanostructure. The surface composition deduced from CO stripping potentials confirms that the Ru surface content (χ(Ru)) is approximately 50% for the Pt-Ru alloy on PANi/MWCNT, and the catalyst on bare MWCNT shows nearly 70% Ru on the surface. Pt-Ru binary catalysts supported on PANi/MWCNT have higher activity, a higher Pt utilization efficiency, and much better durability when compared to other catalyst supports on bare MWCNT or on Vulcan XC-72.     

Carbon Nanotubes Supported Pt-Ru-Ni as Methanol Electro-Oxidation Catalyst for Direct Methanol Fuel Cells

Carbon nanotubes (CNTs) supported Pt-Ru and Pt-Ru-Ni catalysts were prepared by chemical reduction of metal precursors with sodium borohydride at room temperature. The crystallographic properties and composition of the catalysts were characterized by X-ray diffraction (XRD) and energy dispersive X-ray (EDX) analysis, and the catalytic activity and stability for methanol electro-oxidation were measured by electrochemical impedance spectroscopy (EIS), linear sweep voltammetries (LSV), and chronoamperometry (CA). The results show that the catalysts exhibit face-centered cubic (fcc) structure. The particle size of Pt-Ru-Ni/CNTs catalyst is about 4.8 nm. The catalytic activity and stability of the Pt-Ru-Ni/CNTs catalyst are higher than those of Pt-Ru/CNTs catalyst.     

一种制备碳载高合金化Pt-Ru催化剂的方法

提出了在四氢呋喃(THF)和H₂O混合溶液中用一般的化学还原法在室温下制备碳载Pt-Ru(Pt-Ru/C)催化剂的新方法。与在纯水中制得的Pt-Ru/C催化剂相比，其Pt-Ru粒子的合金化程度高、平均粒径较小且相对结晶度低，因此，该催化剂对甲醇氧化的电催化活性远高于在纯水中制得的Pt-Ru/C催化剂。高合金化程度的原因是H₂PtCl₆和RuCl₃在THF和H₂O混合溶液中的起始还原电位相近。此外，在THF和H₂O混合溶液中，THF和H₂O的体积比的改变并不影响制得的Pt-Ru/C催化剂中Pt-Ru粒子的合金化程度，但对Pt-Ru粒子的粒径以及相对结晶度有较大影响。     

新型阳极材料Pt-Ru/CMK-3的制备与性能研究

通过在多元金属体系中加入络合剂四氢呋喃(THF), 改变其热力学参数进而改变其动力学还原速率, 在低温下同时还原金属Pt和Ru, 制备了高分散、高合金化的Pt-Ru固溶体并均匀担载在有序介孔碳CMK-3上, 以形成二元复合金属催化剂. XRD图谱表明, f.c.c结构中Pt原子部分被h.c.p结构中Ru原子取代形成置换固溶体, 且几乎没有未合金的Ru存在. TEM, XRD和N₂吸附-脱附研究显示, Pt-Ru/CMK-3催化剂中Pt-Ru合金粒子的平均粒径为3.2 nm, 且具有良好的均一度. 还研究了催化剂对甲醇的电催化氧化性能, 并与E-TEK公司同类催化剂进行了对比. 结果显示, Pt-Ru/CMK-3催化剂拥有较大的电化学活性面积, 对甲醇的电催化氧化性能和抗CO中毒能力明显优于其他同类催化剂.