PEMFC催化剂的研究：自制Pt/C电催化剂的性质

研究了一种用于质子交换膜燃料电池(PEMFC)的自制Pt/C电催化剂(标记为THYT-1)的物理化学和电化学性质.将THYT-1电催化剂与E-TEK公司的同类电催化剂的组成、形态及电催化性能进行了比较.单电池测试结果显示, THYT-1的电催化性能优于E-TEK电催化剂. CV测试结果表明CO在这两种电催化剂上的电氧化性能相近；TEM分析表明两种催化剂上Pt晶粒在炭载体上呈均匀分布，平均粒径均为2～3 nm； XPS和XRD测试结果表明两种催化剂中Pt主要以金属态存在.这些数据表明THYT-1催化剂的物理化学性质与E-TEK公司的相类似.     

氧气在不同粒径Pt/C催化剂上的电催化还原

在甲醇溶剂中,利用SnCl₂作为还原剂,通过控制反应条件制备了带有不同粒径Pt粒子Pt/C催化剂。X-射线衍射和透射电镜的研究表明获得的Pt/C催化剂中Pt粒子具有高度的均一性和良好的分散度。电化学研究显示,对于氧气的电催化还原,Pt/C催化剂存在着明显的粒径效应。当Pt粒子粒径为3.2nm时,Pt/C催化剂对氧气的电催化还原的质量比活性最佳。Pt/C催化剂对氧气的粒径效应可能与其表面含氧基团含量、Pt粒子的比表面积及其晶面结构相关。     

NiO增强Pt/C催化剂催化氧化甲醇活性的研究

本文基于NiO作为Pt催化甲醇助催化剂的思路,通过Pt纳米颗粒担载在NiO修饰的碳材料载体上制备了Pt/NiO-C催化剂,系统地研究了不同的NiO/C热处理温度对Pt粒径的影响,并重点探讨了Pt对NiO的质量比对催化氧化甲醇的影响。X射线衍射分析结果显示NiO和Pt均为立方晶系,且NiO的加入有利于主催化剂Pt形成较小的粒径,且经400℃热处理NiO修饰的C材料作为载体有利于Pt的有效分散。所获得的Pt/NiO-C催化剂的电化学活性在甲醇酸性溶液中通过循环伏安法(CV)和计时电流法(CA)进行性能测试。CV测试结果显示以Pt/NiO重量比为4∶1的催化剂其电氧化甲醇活性最大,其峰值氧化电流密度达806 mA/mgPt,是Pt/C催化剂的1.64倍。CA测试结果显示Pt/NiO-C比Pt/C具有更好的抗CO中毒性能和稳定性。     

氧气在不同粒径Pt/C催化剂上的电催化还原

在甲醇溶剂中,利用SnCl2作为还原剂,通过控制反应条件制备了带有不同粒径Pt粒子Pt/C催化剂。X-射线衍射和透射电镜的研究表明获得的Pt/C催化剂中Pt粒子具有高度的均一性和良好的分散度。电化学研究显示,对于氧气的电催化还原,Pt/C催化剂存在着明显的粒径效应。当Pt粒子粒径为3.2 nm时,Pt/C催化剂对氧气的电催化还原的质量比活性最佳。Pt/C催化剂对氧气的粒径效应可能与其表面含氧基团含量、Pt粒子的比表面积及其晶面结构相关。     

燃料电池中Pt基催化剂对CO的催化氧化

燃料电池具有燃料多样性、噪声低、对环境污染小等优势,近年来备受研究者关注。然而,电池中的贵金属催化剂极易被少量的CO毒化,成为制约其商业化的一大障碍。因此,设计出高性能的催化剂对于推动燃料电池的发展十分关键。本文综述了燃料电池中铂(Pt)基催化剂对CO催化氧化的研究现状,首先探讨了CO催化氧化机理以及CO在Pt金属表面化学吸附的机理,其次详细介绍了Pt负载型催化剂、双金属催化剂以及助催化剂在催化反应中的不同作用,然后简单分析了影响Pt基催化剂性能的其他因素。最后,对燃料电池中Pt基催化剂的研究方向作了进一步的展望,旨在为燃料电池中CO催化氧化的发展开拓新思路。     

碳纳米管表面修饰程度对碳纳米管载Pt电催化性能的影响

比较了用不同温度的浓HNO₃处理的碳纳米管(CNTs)作载体的Pt(Pt/CNTs)对甲醇氧化的电催化活性. 结果表明浓HNO₃处理使CNTs表面修饰上的含氧基团对CNTs上沉积Pt粒子的平均粒径有较大影响. 表面修饰程度适当时, 制得的Pt/CNTs中Pt粒子较小, 因此, 对甲醇氧化的电催化活性较高. 而表面修饰程度过大, 易使Pt粒子团聚, 从而降低Pt/CNTs催化剂对甲醇氧化的电化学活性.     

Pt/洋葱状富勒烯催化剂的结构表征及生成机理研究

采用化学气相沉积法（CVD）制备了洋葱状富勒烯(onion-like fullerenes, OLFs)，并通过硝酸处理法对其进行了预处理。采用浸渍还原法，使用三种不同含量的甲醛（HCHO）为还原剂，制备了Pt/OLFs催化剂。XRD谱图表明使用过量HCHO有助于Pt晶粒的生长。高分辨透射电镜（HRTEM）分析结果表明使用过量甲醛作还原剂制备的Pt/OLFs催化剂中Pt颗粒分散均匀、直径分布在2.5～3.5nm之间。实验证明过量HCHO在洋葱状富勒烯负载Pt过程中起到了重要的还原作用。     

用乙二胺四乙酸和Pt(NO3)2制备Pt/C催化剂及其形成机理

在用Pt(NO3)2作前驱体制备Pt/C催化剂时,乙二胺四乙酸(EDTA)的存在能有效地降低Pt粒子粒径并改善其分散度。发现加入EDTA不能与Pt2+配位形成络合物,而是通过静电作用将Pt2+包裹起来,使生成的Pt粒子不易团聚,得到的Pt/C催化剂中Pt粒子的平均粒径为3 nm,而且分布均匀,因此,得到的Pt/C催化剂对甲醇氧化有很好的电催化活性和稳定性。     

Pt/MnO2纳米结构催化剂的制备与结构表征

采用一种简单的方法合成了Pt/MnO2纳米结构催化剂.通过改变还原时间、反应温度、聚乙烯吡咯烷酮（PVP）的用量、Pt负载量等,研究了反应条件对Pt/MnO2纳米结构催化剂的Pt纳米粒子的粒径大小、粒径分布和分散性影响.并在最佳条件下合成一系列不同载体和Pt负载量的Pt/MnO2纳米结构催化剂.通过X射线衍射（XRD）...     

Pt／HZSM—5和Pt／HZSM—11的催化性能和表面性质的研究

本文用浸渍法制得了Pt/HZSM-5和Pt/HZSM-11两种催化剂。以二甲苯异构化为探针反应,研究了它们的催化性能,对其活性,选择性及寿命进行了考察,并与不载Pt的HZSM-5和HZSM-11沸石分子筛作了对比。发现Pt/HZSM-5和Pt/HZSM-11具有良好的二甲苯异构化活性,选择性和稳定性。在反应600小时后,活性仍未下降。本文选用TPD方法研究了载Pt前后样品酸性质的变化。用程序升温还原(TPR)方法研究了负载金属Pt的还原行为,对Pt在催化反应中的作用进行了初步探索,得到了有益的信息。     

A new supported catalyst for methanol oxidation prepared by a reverse micelles method

Carbon supported platinum–ruthenium alloy catalyst prepared by reverse micelles method for was proposed. The particle size and morphology of catalyst were determined by XRD and TEM and found to be homogeneously dispersed on carbon support with narrow particle size distribution. The performance of the Pt–Ru/C catalyst was tested by cyclic voltammogram and galvanostatic polarization experiments in 1 M sulfuric acid with 2 M methanol solution at room temperature and showed a higher catalytic activity when compared with the standard Pt–Ru/C (E-TEK) catalyst.     

Pt/C催化剂对乙醇电氧化的粒径效应

利用有机溶胶方法, 通过控制溶剂挥发温度制备了具有不同粒径大小的Pt/C催化剂. 制得的Pt/C催化剂中, Pt粒子具有非常优异的均一性和良好的分散度. 电化学研究表明, 对于乙醇的电催化氧化, Pt/C催化剂存在着明显的粒径效应. 当Pt粒子粒径为3.2 nm时, Pt/C催化剂对乙醇的电催化氧化的质量比活性最佳. X射线光电子能谱(XPS)的研究显示, Pt/C催化剂对乙醇氧化的粒径效应与其零价Pt含量以及Pt粒子的比表面积密切相关.     

Pt-SnO2 / C催化剂对乙醇和吸附态CO的电催化氧化

由于乙醇最有可能成为直接甲醇燃料电池（DMFC）的替代燃料，因此近年来。对乙醇的电化学氧化及直接乙醇燃料电池的研究已引起人们的很大兴趣。甲醇毒性较大并且易透过Nafion膜进入阴极造成阴极的混合电位而影响DMFC的阴极性能．这是制约DMFC走向实用化的主要问题之一。因此人们在致力于研究直接甲醇燃料电池的同时．也寻求其它的小分子醇作为甲醇的替代燃料。乙醇是除甲醇以外最简单的醇．它来源广泛．无毒，是可再生和环保型能源．并且也有较高的能量密度和反应活性。但是乙醇在电极上的完全氧化因涉及到C-C键的断裂要比甲醇困难．阳极反应动力学过程也比较缓慢。到目前为止铂基催化剂仍然是乙醇氧化最好的催化剂．虽然也有使用非铂催化剂研究乙醇的电氧化，但催化活性远不如铂基催化剂高。     

Investigation of a catalyst ink dispersion using both ultra-small-angle X-ray scattering and cryogenic TEM

The dispersion of Nafion ionomer particles and Pt/C catalyst aggregates in liquid media was studied using both ultra-small-angle X-ray scattering (USAXS) and cryogenic TEM. A systematic approach was taken to study first the dispersion of each component (i.e., ionomer particles and Pt/C aggregates), then the combination of the components, and last the catalyst ink. Multiple-level curve fitting was used to extract the particle size, size distribution, and geometry of the Pt/C aggregates and the Nafion particles in liquid media from the scattering data. The results suggest that the particle size, size distribution, and geometry are not uniform throughout the systems but rather vary significantly. It was found that the interaction of each component (i.e., the Nafion ionomer particles and the Pt/C aggregates) occurs in the dispersion. Cryogenic TEM was used to observe the size and geometry of the particles in liquid directly and to validate the scattering results. The TEM results showed excellent agreement.     

基于新球型微观结构模型模拟PEMFC催化层

建立了一个新球型催化层微观结构模型, 并基于此模型对质子交换膜燃料电池(PEMFC)性能进行了模拟. 该模型中假设催化层由Pt/C 颗粒和离子聚合物-孔混合相组成. 假设Pt/C 颗粒为球形结构, 其直径符合正态分布, 用不同直径的球来表示随机分散在电极中的Pt/C 颗粒. 计算了催化层内的传递和电化学反应, 研究了质子和氧气及电化学反应速率在电极厚度方向上的分布, 并且通过对比氧气浓度、过电位和电化学反应速率的分布、极化曲线及催化剂利用率等证明了适当的电极厚度与Pt/C颗粒粒径有利于提高电池性能.     

以多聚甲醛为还原剂制备新型阳极Pt/CMK-3催化剂

 以多聚甲醛为还原剂,采用液相还原法制备了Pt/CMK-3直接甲醇燃料电池(DMFC)阳极催化剂,并采用透射电镜和X射线衍射技术对其进行了表征. 结果表明,有序介孔碳CMK-3具有规整的二维有序孔道结构,为DMFC中电子和燃料的传输提供了方便的路径,同时它较大的比表面积使得Pt纳米粒子很好地分散在其表面; Pt/CMK-3催化剂中Pt粒子的平均粒径为2.8 nm, 小于E-TEK公司的商品化Pt/XC-72和以甲醇为还原剂制备的Pt/C-M催化剂,并且粒径分布范围窄,结晶度低. 察了Pt/CMK-3催化剂对甲醇的电催化氧化性能,发现Pt/CMK-3催化剂对甲醇氧化的电催化性能优于Pt/XC-72和Pt/C-M催化剂.     

新型钴-聚吡咯-碳载Pt燃料电池催化剂的制备与表征

采用脉冲微波辅助化学还原法制备了钴-聚吡咯-碳(Co-PPy-C)载Pt催化剂(Pt/Co-PPy-C),其中Pt的总质量占20%.利用透射电镜(TEM)、光电子射线能谱分析(XPS)和X射线衍射(XRD)研究了催化剂的结构,用循环伏安(CV)、线性扫描伏安(LSV)等方法考察了其电化学活性及氧还原反应(ORR)动力学特性及耐久性.Pt/Co-PPy-C电催化剂的金属颗粒直径约1.8 nm,略小于商用催化剂Pt/C(JM)颗粒尺寸(约2.5 nm);催化剂在载体上分散均匀,粒径分布范围较窄.Pt/Co-PPy-C的电化学活性比表面积(ECSA)(75.1 m2·g-1)高于商用催化剂的ECSA(51.3 m2·g-1).XPS测试表明,自制催化剂表面的Pt主要以零价形式存在.而XRD结果显示,自制催化剂中Pt(111)峰最强,Pt主要为面心立方晶格.Pt/Co-PPy-C具有与Pt/C(JM)相同的半波电位;在0.9 V下,Pt/Co-PPy-C的比活性(1.21 mA·cm-2)高于商用催化剂的比活性(1.04 mA·cm-2),表现出更好的ORR催化活性.动力学性能测试表明催化剂的ORR反应以四电子路线进行.CV测试1000圈后,Pt/Co-PPy-C和Pt/C(JM)的ECSA分别衰减了13.0%和24.0%,可见自制催化剂的耐久性高于商用Pt/C(JM),在质子交换膜燃料电池(PEMFC)领域有一定的应用前景.     

Preparation of Pt／C Catalyst with Solid Phase Reaction Method

The Pt/C catalyst was prepared with solid phase reaction method (Pt/C(S)) for the first time.Its Performances were compared with that prepared by the traditional liquid phase reaction method. The results demonstrate that the electrocatalytic activity of Pt/C catalyst with solid phase reaction method for methanol oxidation is higher than that with liquid phase reaction method. XRD and TEM measurements indicate that the Pt/C(S) possesses low crystalline extent and small particle size.     

Synthesis of Pt/C Electrocatalysts Under Protection of Glucose and Their Improved Methanol Electrooxidation Activity

Carbon supported Pt(Pt/C) electrocatalysts were prepared with glucose as protection agent and NaBH₄ as reductant. The Pt nanoparticles deposited on carbon support presented reduced size and well dispersity attributed to the protection effect of glucose. Glucose absorbed on the particle surface was readily removed by water washing without leading to agglomeration of the Pt nanoparticles. The as-prepared Pt/C electrocatalysts showed improved mass activity for methanol electrooxidation compared to the catalyst prepared without glucose protection. The improved performance is attributed to the larger electrochemical active surface area thus increased active sites on the Pt/C elctrocatalysts prepared under the protection of glucose.     

Pt纳米催化剂在质子交换膜燃料电池催化层中的尺寸效应研究

以XC-72碳黑为载体, H2[PtCl6]为前驱体, 采用浸渍还原法并结合后续高温处理, 制备出不同尺寸Pt颗粒(3～8 nm)的Pt/C催化剂. 在基于质子交换膜燃料电池(PEMFC)单电池的电化学电解池中, 对实际PEMFC催化层中燃料电池反应的Pt催化剂尺寸效应进行了研究. 结果表明, 在PEMFC催化层环境中, Pt/C纳米催化剂对氢氧化和氧还原反应均有显著的粒度尺寸效应. 随着Pt粒度减小, 氢氧化和氧还原反应的表面积活性均降低.