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.     

石墨烯负载Pt催化剂的制备及催化氧还原性能

采用直接化学还原法, 以金属钠为还原剂, 四氯乙烯为碳源, 在石蜡油中不经氧化石墨(GO)和氧化石墨烯(GrO)而直接制备石墨烯(Gr), 然后将Pt纳米粒子担载在Gr基体上, 得到Pt/Gr催化剂, 并对其催化氧还原(OR)性能进行了研究. 通过X射线衍射(XRD), 透射电镜(TEM)和电化学测试对合成催化剂的结构、形貌和电化学性质进行了表征. 实验结果表明: 所制备的Pt/Gr催化剂具有较好的分散性, 平均粒径为3.1 nm; 氧还原起始电位比商业JM-Pt/C催化电极正移了24 mV; 交换电流密度达到1×10^-3 mA·cm^-2, 是商业JM-Pt/C催化电极的2.5倍.     

石墨烯负载Pt催化剂的制备及催化氧还原性能

采用直接化学还原法, 以金属钠为还原剂, 四氯乙烯为碳源, 在石蜡油中不经氧化石墨(GO)和氧化石墨烯(GrO)而直接制备石墨烯(Gr), 然后将Pt纳米粒子担载在Gr基体上, 得到Pt/Gr催化剂, 并对其催化氧还原(OR)性能进行了研究. 通过X射线衍射(XRD), 透射电镜(TEM)和电化学测试对合成催化剂的结构、形貌和电化学性质进行了表征. 实验结果表明: 所制备的Pt/Gr催化剂具有较好的分散性, 平均粒径为3.1 nm; 氧还原起始电位比商业JM-Pt/C催化电极正移了24 mV; 交换电流密度达到1×10^-3 mA·cm^-2, 是商业JM-Pt/C催化电极的2.5倍.     

脉冲微波辅助化学还原合成Pt/C 催化剂及其电催化氧还原性能

采用脉冲微波辅助化学还原法制备了质子交换膜燃料电池(PEMFC)用Pt/C 催化剂. 通过透射电镜(TEM)和X射线衍射(XRD)等分析技术对催化剂的微观结构和形貌进行了表征, 并利用循环伏安(CV)、线性扫描(LSV)和恒电位测量等方法评价了催化剂催化氧还原性能. 在此基础上制备了膜电极(MEA)并组装成单电池, 考察了制备的Pt/C 催化剂作为阴极催化剂材料的电催化性能. 结果表明, 脉冲微波辅助化学还原法是一种制备PEMFC催化剂的有效方法, 溶液pH值和微波功率对Pt 颗粒直径和分散有重要影响. TEM和XRD结果显示, 当溶液pH值为10 且微波功率为2 kW时, Pt 纳米粒子较均匀地分散在碳载体上, 粒径分布在1.3-2.4 nm之间, 平均粒径为1.8 nm. CV、LSV和恒电位测试结果表明, 该催化剂电化学比表面积(ESA)为55.6 m²·g^-1, 具有良好的催化氧还原反应活性和稳定性. 单电池测试结果表明, 在溶液pH值为10条件下, 微波功率为2 kW时制备的催化剂作阴极催化剂时, 单电池最高功率密度为2.26 W·cm^-2·mg^-1, 高于微波功率为1 kW时的最高功率密度(2.15 W·cm^-2·mg^-1)和Johnson Matthey催化剂的最高功率密度(1.89 W·cm^-2·mg^-1).     

合成羟胺催化剂Pd+Pt/C的制备

己内酰胺（ＣＰＬ）是重要的化工原料之一，用于合成纤维、锦纶帘子布、尼龙６工程塑料等．目前，我国大型己内酰胺生产装置中，都采用较先进的由荷兰ＤＳＭ公司发展起来的羟基胺磷酸盐肟法（ＨＰＯ）．合成ＣＰＬ过程中主要中间原料羟胺（ＨＹＡＭ）的生产，是在磷酸体系...     

水热合成二硫化钨/石墨烯复合材料及其氧还原性能

以六氯化钨、硫代乙酰胺、氧化石墨烯为原料,采用一步水热法合成了二维的二硫化钨/石墨烯(WS_2/RGO)复合材料。水热合成的WS_2/RGO具有薄层的二维结构,且由于石墨烯的存在,WS_2以较少的层数形成薄片状生长在石墨烯的表面。尝试将这种非Pt类材料用于电催化氧化原反应,测试结果表明,WS_2在碱性条件下氧还原活性非常低,但是复合RGO形成WS_2/RGO复合材料后,电催化氧化原性能有了极大的提高,其起始电位为-0.17 V(vs SCE),转移电子数为3.7,极限电流密度为2.5 m A·cm-2,同时其具有较好的抗甲醇性能和循环稳定性。这是因为WS_2/RGO复合材料的二维结构具有更高的电子传输速率,同时硫化钨和石墨烯可以发挥协同催化作用。这种新型的二硫化钨/石墨烯(WS_2/RGO)复合材料作为非贵金属催化剂表现出良好的氧还原性能,在燃料电池上具有较好的应用前景。     

水热合成二硫化钨/石墨烯复合材料及其氧还原性能

以六氯化钨、硫代乙酰胺、氧化石墨烯为原料,采用一步水热法合成了二维的二硫化钨/石墨烯(WS₂/RGO)复合材料。水热合成的WS₂/RGO具有薄层的二维结构,且由于石墨烯的存在,WS₂以较少的层数形成薄片状生长在石墨烯的表面。尝试将这种非Pt类材料用于电催化氧化原反应,测试结果表明,WS₂在碱性条件下氧还原活性非常低,但是复合RGO形成WS₂/RGO复合材料后,电催化氧化原性能有了极大的提高,其起始电位为-0.17 V(vs SCE),转移电子数为3.7,极限电流密度为2.5 mA·cm^-2,同时其具有较好的抗甲醇性能和循环稳定性。这是因为WS₂/RGO复合材料的二维结构具有更高的电子传输速率,同时硫化钨和石墨烯可以发挥协同催化作用。这种新型的二硫化钨/石墨烯(WS₂/RGO)复合材料作为非贵金属催化剂表现出良好的氧还原性能,在燃料电池上具有较好的应用前景。     

FeTSPc对Pt电极对氧还原的电催化性能和耐甲醇性能的影响

为了解决直接甲醇燃料电池(DMFC)中“甲醇渗透”的问题, 用大环化合物四磺酸基酞菁铁(FeTSPc)对光滑铂(Pt)电极进行修饰, 发现FeTSPc修饰的Pt电极(Pt-FeTSPc)和Pt电极对氧还原的电催化活性相近, 而Pt-FeTSPc电极对甲醇氧化的电催化活性比Pt电极下降30.9%, 表明Pt-FeTSPc电极有较好的耐甲醇能力.     

氮掺杂泡沫碳电催化剂的制备及氧还原性能

利用水解乙烯基咪唑翁硝酸盐([Hvim]NO3)作为发泡剂和一次氮源,在碳化过程中实现材料自发泡.创造性地引入二次氮源三聚氰胺(C3H6N6),通过调控一次、二次氮源比例和碳化温度,制备得到氮掺杂泡沫碳材料(HxMy-T,其中x∶y为一次和二次氮源的质量比,T对应不同的碳化温度).该方法提升了催化剂的氮掺杂含量,构建了...     

Pt/C催化剂氧还原反应的交流阻抗动态研究

本文通过RDE和EIS联合技术、等效电路模型,研究了酸性体系中商业Pt/C催化剂ORR行为. 研究发现Pt/C动态界面包括两个彼此独立的过程：1）Pt表面原有PtO还原至Pt过程,2）ORR促进新PtO形成过程,为催化材料稳定性及活化性提供了关键依据;并发现动态界面促进多孔电极重构以及与传输匹配过程.在高过电位下,ORR的高反应速率可通过增加催化材料憎水性予以改善. 上述研究结果可对ORR的直流电化学研究进行有效补充,并提供建模基础.     

钯纳米粒子在电极表面的制备及其对氧的催化还原

纳米微粒的体积效应使其成为表面纳米工程及功能化纳米结构材料制备的理想研究对象 [1～ 3] .纳米粒子具有独特的电子、催化及光学特性[4 ] ,近年来关于纳米粒子的制备及其在材料科学领域中的应用受到研究者的极大关注 .而贵金属纳米粒子由于其在催化领域中的广泛应用而成为最重要的研究对象之一[5,6 ] .电催化氧还原是一直为化学家瞩目的研究领域[7～ 9] .研究主要目的之一是寻找合适的氧电极反应催化剂 ,并使之能够应用于燃料电池中 .其中催化氧电极材料研究得最多的是贵金属 Pt[10 ,11] .贵金属 Pd对氧催化还原的研究工作很少 .我们首次…     

电化学去合金化Pt(Pd)-Cu对氧的电催化还原活性的研究

应用电化学去合金法制备了表面覆盖有Pt(Pd)原子层的Pt(Pd)-Cu合金催化剂.研究该催化剂在0.1mol.L-1HClO4酸性溶液中对氧气电化学还原的催化活性,并采用同步辐射反常X-射线衍射法(Anomalous X-ray Diffraction,AXRD)和表面X-射线散射法(Surface X-ray Scattering,SXS)从原子尺度研究了去合金化后催化剂的结构.分析对比纳米颗粒、薄膜和单晶3种不同形式的去合金化Pt-Cu的结构和催化活性以及Pt-Cu和Pd-Cu两种不同合金薄膜的结构和催化活性.结果表明,表面应力是影响催化剂催化活性的关键因素,而应力大小则与去合金化后所形成的表面Pt(Pd)层的厚度相关,材料尺寸和组成元素等都影响表面Pt(Pd)层的厚度.提出可利用调控材料表面的应力来设计高催化活性的催化剂.     

氮掺杂石墨烯的制备及其对氧还原反应的电催化性能

以氧化石墨烯（GO）为原料、丙酮肟（DMKO）为还原剂和氮掺杂剂,采用化学还原法制备了不同氮掺杂含量的石墨烯（NG）. 利用场发射透射电子显微镜（FETEM）、紫外-可见（UV-Vis）光谱、傅里叶变换红外（FTIR）光谱、X射线光电子能谱（XPS）、zeta 电位和纳米粒度分析、循环伏安（CV）和旋转圆盘电极（RDE）等手段对材料的形貌、结构、成分和电化学性质进行表征. 结果显示：DMKO能有效地还原GO,且通过调节GO与DMKO的质量比,可以得到不同还原效果的NG,其氮含量范围为4.40%-5.89%（原子分数）;GO与DMKO的质量比为1：0.7时制备的氮掺杂石墨烯（NG-1）在O₂饱和0.1 mol·L^-1 KOH溶液中对氧还原反应（ORR）的电催化性能最佳,其ORR峰电流为0.93 mA·cm^-2,电子转移数为3.6,这归因于其较高含量的吡啶-N增加了材料的ORR活性位点. 此外,石墨化-N由于其较高的电子导电性倾向于产生较高的氧还原峰电流,而吡啶-N较低的超电势倾向于产生较正的氧还原峰电位. 与商用Pt/C相比,该材料展现出了优异的抗CH₃OH“跨界效应”的特性.     

氮掺杂石墨烯的制备及其对氧还原反应的电催化性能

以氧化石墨烯(GO)为原料、丙酮肟(DMKO)为还原剂和氮掺杂剂,采用化学还原法制备了不同氮掺杂含量的石墨烯(NG).利用场发射透射电子显微镜(FETEM)、紫外-可见(UV-Vis)光谱、傅里叶变换红外(FTIR)光谱、X射线光电子能谱(XPS)、zeta电位和纳米粒度分析、循环伏安(CV)和旋转圆盘电极(RDE)等手段对材料的形貌、结构、成分和电化学性质进行表征.结果显示:DMKO能有效地还原GO,且通过调节GO与DMKO的质量比,可以得到不同还原效果的NG,其氮含量范围为4.40%-5.89%(原子分数);GO与DMKO的质量比为1:0.7时制备的氮掺杂石墨烯(NG-1)在O2饱和0.1 mol·L-1KOH溶液中对氧还原反应(ORR)的电催化性能最佳,其ORR峰电流为0.93 mA·cm-2,电子转移数为3.6,这归因于其较高含量的吡啶-N增加了材料的ORR活性位点.此外,石墨化-N由于其较高的电子导电性倾向于产生较高的氧还原峰电流,而吡啶-N较低的超电势倾向于产生较正的氧还原峰电位.与商用Pt/C相比,该材料展现出了优异的抗CH3OH"跨界效应"的特性.     

石墨烯载Pt纳米粒子的原位还原制备及氧还原电催化性能

采用改进的化学氧化还原法(Hummers法)氧化鳞片石墨, 再超声振荡剥离得到氧化石墨烯(GO)水溶液. 通过聚二烯丙基二甲基氯化铵(PDDA)分子对GO表面功能化, 由于带正电荷的PDDA分子功能化的GO与带负电荷的^2-离子间的静电作用, 使Pt离子组装到GO表面, 再通过原位还原被束缚的Pt离子, 同时GO被还原成石墨烯片(GNs), 得Pt/PDDA-GNs催化剂. 相对空白GNs负载的Pt纳米粒子和商业化Pt/C(JM), Pt/PDDA-GNs催化剂有较高的氧还原活性和稳定性. 前者可归因于Pt颗粒尺寸细小和分散度较高, 后者是由于PDDA分子与Pt原子间的电子作用及对Pt颗粒的钉扎作用, 从而减缓了Pt的氧化和迁移.     

银锡双金属催化剂的制备及其对氧还原的催化性能

在乙醇为溶剂和还原剂、碳粉为载体的体系中,采用水热法将Ag+或Ag+-Sn2+还原,形成纳米多孔网状结构的Ag或Ag-Sn双金属纳米颗粒,制备碳粉负载的Ag/C和Ag-Sn/C催化剂。 利用循环伏安和线性扫描技术,研究了碱性溶液中这些催化剂对氧还原反应(ORR)的电活性。 研究表明,Ag/C和Ag-Sn/C对ORR均表现出强的电催化活性,它们对ORR的起始电位约0.05 V（vs.Ag/AgCl）。 在Ag97Sn3/C催化剂上,ORR的电流密度为2.87×10-3 A/cm2(800 r/min),高于Ag/C。 Levich方程分析表明,在Ag-Sn/C催化剂上,ORR转移电子数明显大于Ag/C,说明在Ag-Sn/C催化剂上,氧气能够较为彻底被还原。 此外,在甲醇存在下,Ag/C和Ag-Sn/C对ORR的活性基本保持不变,表明它们对甲醇有较强的耐受力。