单原子分散的Ir-N-C燃料电池阳极抗中毒催化剂

燃料电池的阳极抗中毒研究是重要课题,探索具有超高质量活性和抗CO毒化的阳极催化剂具有显著的科学意义和应用价值。本文成功制备了Ir原子级别分散在N掺杂碳的载体上的新催化剂,并且发现该Ir-N-C对甲酸具有良好的电催化氧化性能,其质量比活性为商业Pd/C的48倍。组装了燃料电池单电池进行测试,结果显示,Ir-N-C催化剂在单电池中的质量比功率密度高达281 mW/mg,较商业Pd/C催化剂提升了3倍。同时,Ir-N-C对CO毒化的耐受性大大增强,经过14000 s的长期测试后,其活性仅衰减68%,优于商业Pd/C催化剂（衰减85%）。并且,该催化剂能够简单有效的大批量制备,为单原子催化剂的大批量制备提供了新思路。     

PtRu/C电催化剂上甲醇吸附氧化过程的电化学原位红外光谱

采用调变的多元醇法制备了高分散的Pt/C, PtRu/C和Ru/C电催化剂. XRD计算结果表明, PtRu/C电催化剂的平均粒径和合金度分别为2.2 nm和71%. 采用电化学方法和原位傅里叶变换红外反射光谱方法(in situ FTIRS)研究了甲醇在3种电催化剂上的吸附氧化过程, 发现PtRu/C对甲醇的催化活性明显高于Pt/C, Ru的加入一方面影响了甲醇在Pt上的解离吸附性能, 另一方面提供了Ru-OH物种, 从而抑制了低电位下电催化剂中毒. 红外光谱研究结果表明, 线性吸附态CO(COL)是主要毒化物种, 反应产物主要是CO2, 还有少量的甲酸甲酯. 根据实验结果讨论了甲醇在PtRu/C电催化剂上的氧化机理.     

直接甲醇燃料电池阳极催化剂PtRu/C的制备和表征

用三种方法制备了PtRu/C[Pt和Ru质量分数分别为20％和10％,记为PtRu/C(20％-10％)]甲醇阳极催化剂,通过X射线衍射(XRD)和透射电镜(TEM)考察了PtRu/C催化剂的粒子大小和晶格参数的变化,利用单电池实验考察了催化剂在直接甲醇燃料电池中的催化活性.结果表明,改变溶剂的组成提高了贵金属在活性炭表面的分散度,并改善了PtRu间的相互作用,用乙二醇/水/异丙醇混合溶剂制备的PtRu催化剂金属颗粒较小,PtRu间的相互作用较强,以该催化剂作甲醇阳极的直接甲醇燃料电池的性能较好.     

质子交换膜燃料电池阳极抗CO催化剂的研究进展

质子交换膜燃料电池采用重整气或甲醇为燃料时 ,阳极催化剂的CO中毒问题是影响其性能的主要原因 .使用抗CO催化剂是解决该问题的根本方法 .文中对质子交换膜燃料电池的CO问题进行了简介 ,比较详细地介绍了目前抗CO催化剂研究的发展现状 ,包括各种催化剂的活性、制法及抗CO机理 .Mo、W是很有希望改进阳极催化剂抗CO能力的材料 ,多组分催化剂是比较有希望的方向 .     

甲醇电氧化催化剂Pt/CeO2-CNTs与PtRu/C的比较研究

为认识合成催化剂Pt/CeO2-CNTs与商用催化剂PtRu/C(E-TEK)的催化性能和结构特点, 用CO溶出法和恒电位氧化法比较了这两种催化剂对CO的电氧化活性, 运用循环伏安法和恒电位氧化法比较了这两种催化剂对甲醇的电氧化活性. CO电氧化实验结果表明, PtRu/C上CO的电氧化活性明显优于Pt/CeO2-CNTs; 甲醇电氧化实验结果却表明, Pt/CeO2-CNTs与PtRu/C上甲醇电氧化表观活性相当. 为从结构特点上解释PtRu/C上CO电氧化和甲醇电氧化活性的不一致, 对PtRu/C进行了循环伏安扫描和CO溶出实验. 结果表明, PtRu/C的甲醇电氧化电流之所以没有预期高, 一是由于Pt比表面积不够大, 同时Pt-Ru之间协同作用有待提高. 本研究结果表明, 尽管Ru对Pt上CO电氧化有显著助催化作用, 但要充分发挥其对Pt上甲醇电氧化的助催化作用, 需同时提高Pt表面积和Pt-Ru接触界面. 该结论对设计甲醇电氧化催化剂具有普适意义.     

具有高活性和突出的抗中毒性能的Pt修饰Ru/C催化剂的制备和表征(英文)

采用两步浸渍-还原法制备了一种具有高Pt利用效率,高性能的Pt修饰的Ru/C催化剂(Ru@Pt/C).对于甲醇的阳极氧化反应,该催化剂的单位质量铂的催化活性分别为Pt/C、自制PtRu/C和商业JMPtRu/C催化剂的1.9、1.5和1.4倍;其电化学活性比表面积分别为Pt/C和自制PtRu/C的1.6和1.3倍.尤为重要的是该催化剂对甲醇氧化中间体具有很好的去除能力,其正向扫描的氧化峰的峰电流密度(If)与反向扫描氧化峰的峰电流密度(Ib)之比可高达2.4,为Pt/C催化剂的If/Ib的2.7倍,表明催化剂具有很好的抗甲醇氧化中间体毒化的能力.另外,Ru@Pt/C催化剂的稳定性也高于Pt/C、自制PtRu/C和商业JMPtRu/C催化剂的稳定性.采用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)和X射线光电子能谱(XPS)对催化剂进行了表征,Pt在Ru表面的包覆结构得到了印证.Ru@Pt/C的高铂利用效率、高性能和高抗毒能力使其有望成为一种理想的直接甲醇燃料电池电催化剂.     

直接内重整熔融碳酸盐燃料电池中甲烷蒸汽重整催化剂探索性研究

选择甲烷蒸汽重整催化剂用于直接内重整熔融碳酸盐燃料电池(DIR-MCFC)中,并考察了DIR-MCFC的性能,讨论了电池放电量、气体压力、燃料气进料水/碳比(S/C)等因素对该催化剂性能的影响.结果表明,重整催化剂能够满足电池放电需求;放电量大小影响电池内的H2含量,但对CH4含量影响不大;当气体压力为0.36MPa时...     

焙烧温度对Au/Fe2O3选择性氧化富氢气体中CO催化性能的影响

甲醇重整在线制氢作为质子交换膜燃料电池的燃料成为当前研究的热点。受重整反应动力学及热力学的限制，使得甲醇重整气(富氢气体)中除含有大量的氢气外还含有少量的CO，CO极易吸附在燃料电池阳极催化剂表面，使电池性能下降，因而必须去除重整气中的CO，选择性氧化脱除富氢气     

空气中SO2 对直接甲醇燃料电池性能影响

直接甲醇燃料电池（DMFC）通常采用空气中氧气作为氧化剂,但空气中硫化物、氮化物等污染物会对电池性能造成影响. 本文采用恒流放电曲线、极化曲线、循环伏安扫描（CV）和电化学阻抗谱（EIS）等方法,研究SO₂对DMFC电池性能影响,分析其毒化作用机制. 研究表明,SO₂毒化导致催化剂电化学活性面积（ECSA）减小,氧还原反应（ORR）电荷转移电阻增大,从而造成DMFC电池开路电压和工作电压加速衰减,峰值功率密度减小. 进一步探究了三种恢复策略,空气吹扫与I-V变载操作都只能实现电池性能的部分恢复,CV扫描可完全恢复电池性能.     

PtTe/C催化剂的制备及其对乙醇的电催化氧化性能

采用无机溶胶法制备了用于乙醇燃料电池的PtTe/C催化剂;利用X射线衍射仪分析了催化剂的结构,采用循环伏安法和电化学阻抗法测试了PtTe/C催化剂对乙醇的电催化氧化性能.结果表明,与商业Pt/C催化剂相比,PtTe/C催化剂对乙醇的催化氧化效率明显较高,可使乙醇氧化峰电流密度提高27%,且具有更高的抗CO中毒能力.     

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 。     

质子交换膜燃料电池的研究进展

质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种高效节能、工作稳定、环境友好的理想发电装置.质子交换膜是PEMFC的核心组成,是一种选择透过性膜,主要起传导质子,分隔氧化剂与还原剂的作用.PEMFC用电催化剂有铂系和非铂系电催化剂,提高铂的利用率和开发非铂系催化剂是今后催化剂研究的主要方向.文中对电极的制备技术和电池的水管理、热管理方法也作了简要介绍.     

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.     

低维纳米材料在质子交换膜燃料电池电催化反应中的应用

在聚合物膜燃料电池中,电催化剂决定了电池的运行寿命及性能。本文按照材料维数的不同,分别介绍了近年来零维、一维和二维材料在聚合物膜燃料电池电极反应中应用的最新研究进展;并对各类聚合物膜燃料电池电催化反应的机理和研究侧重点进行了详细的介绍。     

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.     

质子交换膜燃料电池Pt/C阴极氧还原动力学模拟

质子交换膜燃料电池的商业化应用迫切要求降低其Pt载量. 本文通过Pt/C氧还原电极的动力学模型计算,研究了Pt/C电极中的氧分布、生成电流以及满足实际应用的最小Pt载量. 结果表明：燃料电池Pt/C电极,阴极产生严重浓差极化的催化层厚度为40mm;功率密度达到1.4 W•cm^-2（2.1 A•cm^-2@0.67 V）的电池性能需要3mm左右的Pt/C阴极催化层,阴极Pt载量为0.122 mg•cm^-2,即可使膜电极的阴极铂用量低于0.087 g•kW^-1.     

Degradation Investigation of Electrocatalyst in Proton Exchange Membrane Fuel Cell at a High Energy Efficiency

The development of high efficient stacks is critical for the wide spread application of proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs) in transportation and stationary power plant. Currently, the favorable operation conditions of PEMFCs are with single cell voltage between 0.65 and 0.7 V, corresponding to energy efficiency lower than 57%. For the long term, PEMFCs need to be operated at higher voltage to increase the energy efficiency and thus promote the fuel economy for transportation and stationary applications. Herein, PEMFC single cell was investigated to demonstrate its capability to working with voltage and energy efficiency higher than 0.8 V and 65%, respectively. It was demonstrated that the PEMFC encountered a significant performance degradation after the 64 h operation. The cell voltage declined by more than 13% at the current density of 1000 mA cm⁻², due to the electrode de-activation. The high operation potential of the cathode leads to the corrosion of carbon support and then causes the detachment of Pt nanoparticles, resulting in significant Pt agglomeration. The catalytic surface area of cathode Pt is thus reduced for oxygen reduction and the cell performance decreased. Therefore, electrochemically stable Pt catalyst is highly desirable for efficient PEMFCs operated under cell voltage higher than 0.8 V.     

质子交换膜燃料电池Pt纳米线电催化剂研究现状

质子交换膜燃料电池(PEMFC)能直接将化学能转换为电能,具有能量转换效率高、环境友好、启动快等优点.其中电催化剂是决定PEMFC性能、寿命及成本的关键材料之一.目前所采用的Pt催化剂成本较高,是阻碍其商业化的主要因素.而Pt纳米线电催化剂的Pt利用率和催化剂活性高,抗CO毒性以及耐久性好.本文综述了Pt纳米线电催化剂的制备及其电化学催化性能的研究现状.     

Ceria-promoted oxygen reduction reaction in Pd-based electrocatalysts

PdCo-ceria electrocatalyst is synthesized on carbon support in a size of a few nm by colloid method. Enhanced oxygen reduction reaction (ORR) kinetics of PdCo is observed in the presence of ceria similarly as confirmed for PtCo-ceria in a half cell experiment. In addition, there appears a positive shift of the ORR onset potential of PdCo-ceria compared to PdCo while PtCo-ceria shows no such an apparent shift of onset potential. These effects of ceria on the ORR onset potential and the ORR kinetics are more remarkable as temperature increases. To get the most of oxygen storage and supply capacity of ceria, a high temperature proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) is fabricated using PdCo-ceria as a catalyst at the cathode. Ceria effects on the ORR of PdCo-ceria catalyst are realized in the form of higher OCV and lower Tafel slope compared to PdCo catalyst in the PEMFC single cell performance. Enhancements in both ORR kinetics and ORR onset potential are very attractive features of ceria as a co-catalyst in the development of a non-Pt ORR electrocatalyst.