用于质子交换膜燃料电池的碳载铂电催化剂

 以甲醛为还原剂，氯铂酸为原料，XC－72碳黑为载体，制备了不同铂含量的碳载铂电催化剂，并用BET，XRD，TEM和循环伏安法对催化剂进行了表征，用质子交换膜燃料电池单电池对催化剂性能进行了评价．结果表明，铂晶粒主要吸附在碳黑的表面和大孔中．当催化剂的铂载量由20％提高到40％时，由于铂颗粒占据部分碳黑表面，使催化剂的孔体积和比表面积都有所减小；当铂载量进一步提高到60％时，由于铂晶体颗粒形成的微孔开始占一定分率，使催化剂的总体积和比表面积的减小幅度下降．铂晶体颗粒大小在2～4nm范围内；随着铂载量的提高，表面铂有部分聚结，铂晶体的粒径增大，催化剂的电化学比表面积减小．铂载量为40％时，燃料电池阴极的性能最好．     

石墨纳米纤维用作质子交换膜燃料电池催化剂载体

利用质子交换膜燃料电池用过的废旧碳纸,采用球磨法制备了石墨纳米纤维(GNF,BET比表面积为229·3m2/g),并以GNF作为载体制备了Pt/GNF催化剂(电化学比表面积为98m2/g).与传统的以VulcanXC-72碳黑为载体的Pt/XC-72催化剂相比,其电化学比表面积及Pt粒径大小相近.采用恒电位氧化法考察了GNF,XC-72,Pt/GNF和Pt/XC-72的电化学稳定性.结果表明,在相同条件下,XC-72的峰电流增加了60%,而GNF增加了2%;Pt/XC-72的腐蚀电流比Pt/GNF的大40%;恒电位氧化60h后,Pt/XC-72约有84·7%的电化学比表面积损失,Pt/GNF仅损失37·2%.这表明GNF的抗腐蚀性优于XC-72,有希望成为质子交换膜燃料电池抗腐蚀的催化剂载体.     

质子交换膜燃料电池铂电催化剂稳定策略

质子交换膜燃料电池使用寿命低是制约其商业化应用的主要瓶颈. 其中,影响质子交换膜燃料电池寿命的一个主要因素是其所广泛使用的贵金属铂基电催化剂在燃料电池苛刻的运行环境下（如可变电压、强酸性、气液两相流等）容易发生降解,导致电催化剂性能衰减,从而降低了质子交换膜燃料电池的使用寿命. 因此,如何保持铂基电催化剂的电化学稳定性已成为质子交换膜燃料电池稳定性研究中的重大科学问题. 本论文基于作者在该领域的长期研究成果,评述了应用于质子交换膜燃料电池的铂电催化剂稳定性的研究进展. 重点关注了能够大幅改善铂催化剂电化学稳定性的策略,包括聚合物稳定策略、多孔碳封装/限域稳定策略以及载体稳定策略,并对这些铂催化剂稳定策略所面临的挑战进行了展望.     

质子交换膜燃料电池催化剂稳定化方法研究进展

Pt/C催化剂稳定性是制约质子交换膜燃料电池商业化的关键技术挑战之一,因此增强燃料电池催化剂稳定性研究一直是该领域的热点。指出Pt纳米粒子的溶解再沉积、团聚长大,中间物种在Pt表面的吸附钝化,有害杂质中毒及碳载体腐蚀是Pt/C催化剂稳定性衰减的主要因素,概述了近些年提高质子交换膜燃料电池催化剂稳定性的研究进展。指出Pt合金化、采用更稳定载体及进一步加强金属载体间相互作用是增强催化剂稳定性的发展方向。     

质子交换膜燃料电池催化剂稳定化方法研究进展

催化剂稳定性是制约质子交换膜燃料电池商业化的两个主要障碍之一,因此增强燃料电池催化剂稳定性研究一直是该领域的热点问题。本文从纳微尺度、原子分子水平的认识出发,分析催化剂衰减机理,评估催化剂稳定化研究所面临的问题,综述近年来质子交换膜燃料电池催化剂稳定化方法,提出进一步增强催化剂稳定性的发展方向。     

燃料电池纳米催化剂的稳定化

低温燃料电池是理想的移动式电源,它所采用的电催化剂主要为Pt基贵金属纳米催化剂。提高纳米催化剂在电池内部环境中的稳定性、抑制其活性衰减,对于延长低温燃料电池的使用寿命和节约成本具有十分重要的意义。本文从三个方面综述了近年来在低温燃料电池纳米催化剂稳定化方面的研究进展。首先,通过载体效应实现催化剂的稳定化,包括碳载体的石墨化、碳载体的掺杂、表面功能化及其他载体的采用等。其次,通过空间效应实现催化剂的稳定化,包括催化剂粒子表面覆盖、催化剂粒子微孔嵌入、催化剂表面杂多酸单层自组装及聚合物电解质空间阻隔等。再其次,通过协同效应实现催化剂的稳定化,包括提升金属粒子的氧化电位、强化组分间的相互作用等。最后,对低温燃料电池纳米催化剂稳定化的发展前景进行了展望。     

质子交换膜燃料电池催化剂的研究方法

质子交换膜燃料电池性能的提高受限于电极上催化剂的电化学活性,而对催化剂的研究有助于人们深入了解其化学状态、电子结构等因素与电化学活性之间的关系。本文详细地介绍了有关质子交换膜燃料电池催化剂等五种研究方法(旋转薄层电极、固态核磁共振、X射线吸收光谱、电化学石英晶体微天平、差分电化学质量光谱)的原理、应用技巧以及在催化剂研究中所揭示的信息和局限性,并对今后的发展进行了展望。     

碳化钨用作质子交换膜燃料电池催化剂载体的抗氧化性能

 采用还原碳化法制备了碳化钨样品,并用原位还原法担载Pt粒子得到Pt/WxCy催化剂. 利用计时电流技术对Pt/WxCy和常规Pt/C催化剂进行氧化处理,并用循环伏安法测试了氧化前后两种催化剂的电化学活性面积. 将两种催化剂制成单电池,对比研究了其氧化后的性能衰减. 结果表明, Pt/WxCy催化剂制成的单电池抗氧化能力显著高于普通Pt/C制成的单电池.     

质子交换膜燃料电池用碳纳米管载铂催化剂的研究

采用原位化学还原法制备碳纳米管载铂(Pt/CNTs)和碳粉载铂(Pt/C)催化剂,经透射电镜分析和X射线衍射分析,然后制成电极,组装成质子交换膜燃料电池并进行性能测试。实验结果表明,所制备的两种催化剂,铂粒径均较小(4nm左右),而Pt/CNTs表现出比Pt/C优越的催化性能。     

用于直接甲醇燃料电池的高活性PtCo-CNT@TiO_2复合纳米阳极催化剂

采用溶胶凝胶法制备CNT@TiO_2载体,利用电沉积法制备用于直接甲醇燃料电池的PtCo-CNT@TiO_2阳极催化剂。采用透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)和电化学工作站对其进行表征。结果表明,PtCo-CNT@TiO_2复合纳米材料有明显的结晶,且金属粒子围绕在TiO_2包覆的碳纳米管的周围,用于直接甲醇燃料电池阳极催化剂具有较高的活性与稳定性。该PtCo-CNT@TiO_2催化剂的电化学比表面积为164 m~2/g,65℃时甲醇的氧化峰电流达到45 mA/cm~2,计时电流曲线表明300 s后PtCo-CNT@TiO_2的氧化电流趋于24 mA/cm~2,在碱性条件下甲醇的氧化峰电流为39.7 mA/cm~2。     

预制铂纳米颗粒对质子交换膜燃料电池用铂纳米线阴极的结构影响

铂纳米线（Pt NWs）由于其独特的结构特点,比商业Pt/C具有更高的氧还原反应（ORR）比活性。在本工作中,我们将预先制备好的铂纳米颗粒（Pt NPs）引入到碳基体中,用于诱导生长Pt NWs,获得了均匀分布Pt NWs的阴极。通过改变Pt NP载量（0~0.015 mg·cm^-2）和Pt NP来源（不同Pt含量的Pt/C）研究了所制备阴极的结构和性能。用扫描电镜对阴极表面进行了表征,并用透射电镜和X射线衍射分析了Pt NW的形貌和晶体结构。在单电池中分别进行了极化曲线和循环伏安曲线测试。当Pt NP来源为40% Pt/C且其载量为0.005 mg·cm^-2时,制备的Pt NW阴极具有最佳的单电池性能和最大的电化学表面积（ECSA）。最后,提出了预制Pt NP影响Pt NWs分布的可能机制。     

Carbon Aerogels Supported Pt Nanoparticles as Electrocatalysts for Methanol Oxidation in Alkaline Media

Carbon aerogels (CAs) were prepared by sol‐gel polycondensation of resorcinol and formaldehyde with BET surface area of 616 m² g^?1 and the average pore size of 9.8 nm. The prepared CAs were used as supports for Pt nanoparticles for methanol oxidation in alkaline media. In comparison with Pt supported on commercial Vulcan XC‐72R carbon (Pt/C) electrocatalysts, Pt supported on CAs (Pt/CAs) electrocatalysts exhibited higher peak current density and more negative onset potential toward methanol oxidation. The effects of different parameters such as NaOH concentration, methanol concentration, and scan rate on the methanol oxidation reaction were investigated in detail. The results showed that the Pt/CAs electrocatalysts had promising application for methanol oxidation in alkaline media.     

静电纺丝纳米纤维在燃料电池质子交换膜中应用的研究进展

保护环境,开发环保型能源,对人类和社会具有重要意义。 质子交换膜燃料电池由于具有燃料转化率较高和无污染的优点,备受关注。 静电纺丝纳米纤维具有比表面积大、高孔隙率和三维的相互连通的网状结构等特点,可以在燃料电池质子交换膜中得到广泛应用。 静电纺丝纳米纤维类复合质子交换膜具有较高的质子传导率,较低的燃料渗透率,较好的化学稳定性能、热稳定性能和机械性能。 本文首先介绍了质子交换膜燃料电池,然后从不同的离子型聚合物基质复合质子交换膜的类别出发,介绍了静电纺丝纳米纤维在Nafion、磺化聚酰亚胺(SPI)、聚苯并咪唑(PBI)、磺化聚醚醚酮(SPEEK)等不同种类的离子型聚合物质子交换膜中的研究现状及作用机理,同时对静电纺丝纳米纤维在质子交换膜的应用方面存在的问题及应用前景做了评论和展望。     

质子交换膜燃料电池用膜材料的性能表征

质子交换膜(PEM)是质子交换膜燃料电池(PEMFC)的关键组件之一,其性能的好坏在很大程度上决定了PEMFC的性能。本文对PEMFC膜材料的性能表征进行了综述,讨论了膜材料的孔隙率、密度、粘度、磺化率、稳定性、选择透过性及导电性等性能的表征。     

Facile Fabrication of Platinum Nanoparticles Supported on Nitrogen-doped Carbon Nanotubes and Their Catalytic Activity

A facile impregnation method under mild condition is designed for synthesis of highly dispersed Pt nanoparticles with a narrow size of 4-7 nm on nitrogen-doped carbon nanotubes （CNx）. CNx do not need any pre-surface modification due to the inherent chemical activity. The structure and nature of Pt/CNx were characterized by X-ray diffraction, scanning electron microscopy, transmission electron microscopy and energy dispersive spectroscopy spectrum. All the experimental results revealed that the large amount of doped nitrogen atoms in CNx was virtually effective for capturing the Pt（IV） ions. The improved surface nitrogen functionalities and hydrophilicity contributed to the good dispersion and immobi- lization of Pt nanoparticles on the CNx surface. The Pt/CNx served as active and reusable catalysts in the hydrogenation of allyl alcohol. This could be attributed to high dispersion of Pt nanoparticles and stronger interaction between Pt and the supports, which prevented the Pt nanoparticles from aggregating into less active Pt black and from leaching as well.     

直接甲醇燃料电池阳极电催化剂

直接甲醇燃料电池作为未来清洁的动力能源，由于具有下列优点：操作温度低(<100℃)、燃料易储存和运输、能量效率高、污染低和燃料启动快而受到人们广泛的关注。阳极电催化剂是直接甲醇燃料电池最重要的组成部分。本文综述了近三年来直接甲醇燃料电池阳极电催化剂最新的研究进展，主要对催化剂制备方法、新型碳载体材料、催化剂类型作了详细的评述，展望了未来甲醇电催化氧化催化剂的发展，指出了电催化剂面临的问题。     

核壳结构催化剂应用于质子交换膜燃料电池氧还原的研究进展

质子交换膜燃料电池（PEMFCs）由于高比功率密度、高能量转换效率、环境友好和低温下快速启动等优点受到广泛关注,被认为是替代传统内燃机成为汽车动力的最理想能源转换装置。目前PEMFCs仍需较高载量的贵金属Pt作为电催化剂以保持转换效率,因此,开发低Pt量高活性的电催化剂对PEMFCs技术的商业化进程至关重要。核壳结构催化剂被证明是一种能有效降低电极Pt用量的策略,其既能通过结构优势提高贵金属Pt的利用率,又能通过电子或几何效应改善催化剂的催化活性和稳定性。本文首先简介了PEMFCs阴极氧还原反应（ORR）电催化剂构效关系的理论研究;其次综述了几种典型核壳结构电催化剂应用于ORR的研究进展;最后对ORR低Pt电催化剂的下一步研究方向作了展望。     

Pt/CNT纳米催化剂的微波快速合成及其对甲醇电化学氧化的电催化性能

碳纳米管 (CNT)作为制备新型催化剂载体已有广泛的研究 [1～ 8] ,例如 ,在其表面负载 Pt,Ru和Pt Ru后则具有良好的催化性能[1,2 ,6～ 8] .但在 CNT表面负载金属微粒的方法难以获得尺寸和形状均匀的纳米粒子 .因此 ,如何制备超细和均匀的纳米粒子是一项具有重要的学术意义和技术价值的工作 .我们利用微波加热的多元醇工艺合成了 XC-72碳负载铂纳米粒子的催化剂 ,并发现它对甲醇的氧化具有较高的电催化活性 [9] .本文进一步以 CNT作为载体 ,利用微波加热法快速合成了 Pt/ CNT纳米催化剂 ,并对其对甲醇电化学氧化的性能进行了初步研究 …