Nafion膜电极对氧的催化还原的研究（I）：CoTSPc和CoTMAP的循…

制备了两组Ｎａｆｉｏｎ膜电极（膜中分别分布有带正，负电荷的过渡金属大环配离子），并用循环伏安法研究比较了这两组电极对氧催化的性能，探讨了配离子和Ｎａｆｉｏｎ膜之间的静电作用对电极催化性能影响的规律，同时对其它因素的影响及电荷在Ｎａｆｉｏｎ膜中传递的机一进行了讨论。     

高分子聚电解质型电极添加剂的合成和性能测试

合成阳离子聚电解质作为新型电极添加剂 ,考察了新型电极添加剂对离子交换膜燃料电池放电性能的影响。实验结果表明在电极中加入适量的新型电极添加剂可显著地提高燃料电池的放电性能。当电极中新型添加剂的含量为 1 .8%时 ,燃料电池的放电电压和电流密度都处于高峰值状态。实验结果还发现电荷密度为45%的聚电解质型电极添加剂对燃料电池放电性能的改性作用与价格昂贵的进口Nafion乳液添加剂的改性作用基本处于同一水平。因此在离子膜燃料电池中可采用廉价易合成的聚电解质型电极添加剂取代Nafion乳液添加剂。     

质子交换膜燃料电池膜电极组催化层结构

膜电极组件(MEA)是质子交换膜燃料电池(PEMFC)的核心元件,而催化层是MEA的核心部分。催化层既是电化学反应的场所,同时也为质子、电子、反应气体和水提供运输通道,其结构对PEMFC的成本及性能有很大的影响。本文综述了近年来国内外催化层结构方面的研究进展,介绍了催化层中聚合物电解质(Nafion)含量、溶剂的性质和其他添加剂对MEA结构和性能的影响,MEA热压参数的研究进展以及目前常见的催化层涂布方法。     

直接甲醇燃料电池中的膜性能比较

制备了磺化聚醚醚酮(SPEEK)和磺化酚酞型聚醚砜(SPES-C)两种质子交换膜,考察了其质子导电和阻醇性能.实验发现,两种新型质子交换膜具有一定的化学稳定性和质子电导率,尤其在高温下两种新膜的质子电导率与Nafion膜接近.两种新膜的甲醇透过系数要比Nafion膜的低1～2个数量级.分别以两种新型膜和Nafion115膜为电解质制备了直接甲醇燃料电池膜电极,讨论了膜材料的性能对直接甲醇燃料电池性能的影响.结果表明,膜材料的阻醇性越好,电池的开路电压越高;膜的电导率越高,在较高电流密度区域内电池的性能越好.     

聚合物电解质膜燃料电池薄电极制备技术的研究

为降低聚合物电解质膜燃料电池 (PEMFC)电极中铂的载量 ,本文建立一种新的薄电极制备技术 (TEFT) ,制备了表面平滑、颗粒分布均匀的低铂载量电极 .结果表明当电极的铂载量为 1mg/cm2 ,用Nafion 117膜作电解质时 ,电池的最大功率密度达 0 30W·cm-2 .系统地考察了阴极中不同PTFE和Nafion含量对PEMFC性能的影响 .     

全氟磺酸离子交换重铸膜的结构与性能研究

本文研究全氟磺酸离子交换重铸膜的结构、性能并与Nafion 膜进行比较 .结果表明 :重铸膜FYM 115 0与Nafion 膜的成分相同 ,但它们具有不同的结构 ,FYM 115 0干膜中含有部分 5 0～30 0nm不贯穿断面的小孔 ,而Nafion112干膜为无孔密实结构 ;FYM 115 0的力学性能优于Nafion 膜 ;受多孔结构的影响 ,在高电流密度端 ,使用FYM 115 0制备的膜电极 ,其电池性能也优于Nafion112膜     

联吡啶钌/氮掺杂石墨烯/Nafion复合修饰电极电化学分析盐酸异丙嗪的研究

本文采用电化学性能独特的联吡啶钌(Ru(bpy)32+)、氮掺杂石墨烯(NG)和Nafion膜构建了一种新型的盐酸异丙嗪电化学传感器。采用红外光谱和扫描电子显微镜对氮掺杂石墨烯的形貌进行了表征。在Nafion膜中添加导电性好、比表面积大的氮掺杂石墨烯可以增加电子传递速度并且可以防止联吡啶钌扩散到Nafion膜的非电活性区域而增加电极使用寿命。在p H 7.0的磷酸盐缓冲溶液中,盐酸异丙嗪在Ru(bpy)32+/NG/Nafion修饰电极上的循环伏安曲线表明,与单一的裸玻碳电极、Ru(bpy)32+/Nafion修饰电极以及NG/Nafion修饰电极相比,该修饰电极使盐酸异丙嗪得氧化峰电流显著增加,而峰电位明显负移,表明采用Ru(bpy)32+/NG/Nafion膜制备的复合修饰电极对盐酸异丙嗪呈现出较强的电化学催化作用。优化实验条件后,发现在1.0×10-6mol·L-1~1.0×10-4mol·L-1.浓度范围内,盐酸异丙嗪的氧化峰电流与其浓度呈良好的线性关系,检测限为3.6×10-7mol·L-1。而且该电极的重现性、稳定性和选择性良好,采用标准加入法可成功用于商业盐酸异丙嗪注射液中盐酸异丙嗪的测定。     

PEMFC电极中表面扩散现象的初步研究

制作双催化层结构的PEMFC电极.该双催化层由含有Nafion的内催化层、无Nafion的外催化层组成.循环伏安测试表明,未与Nafion直接接触的外催化层Pt/C催化剂也参与发生在"Pt/Nafion"界面氢原子的吸脱附反应和Pt表面含氧粒子的电化学氧化还原.当电势扫描速率较低时,未与Nafion直接接触的外层Pt/C催化剂,其对氢脱附电流的贡献和直接与Nafion接触的内催化层的Pt/C催化剂大致相当.以双催化层电极作PEMFC阴极,单电池(PEMFC)极化曲线测试表明,其阴极外催化层能明显地提高该单电池在活化极化区的输出性能.进一步证明了PEMFC阴极外催化层不与Nafion直接接触的Pt/C催化剂可通过其表面吸附含氧粒子的表面扩散参与发生在"Pt/Nafion"界面氧的电化学还原反应.上述实验为设计PEMFC电极提供了一定的新思路.     

基于室温离子液体和有序大孔金膜的酶传感器

将室温离子液体1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([BMIM]BF4)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、及不同种类的膜材料与各种酶一起通过混合涂布、逐层修饰的方式固定于三维有序大孔金膜电极表面,构建一种新型的生物酶传感器。血红蛋白(Hb)、肌红蛋白(Mb)和辣根过氧化物酶(HRP)在该修饰电极上呈现出明显的还原峰,这归因于三种酶活性中心的直接电化学行为。分别构建四种不同膜材料的修饰电极,研究了硅凝胶、壳聚糖、Nafion膜和琼脂糖水凝胶四种材料对于L-乳酸脱氢酶(LDH)修饰电极催化响应的影响,结果表明选择壳聚糖作为膜材料是最优选择。将壳聚糖修饰的LDH金膜电极用做检测乳酸浓度的生物传感器,该传感器表现出良好的催化性能,线性响应范围为10~250nmol/L,检测限(S/N=3)为3.3nmol/L。     

痕量铅在Nafion修饰电极上的离子交换及其测定的研究

本文利用Nafion膜与试液中的痕量铅进行离子交換的特性,建立了Nafion修饰电极的富集及测定铅的方法,并探讨了Nafion修饰电极作用机理。本方法测定Pb~(2+)的线性范围为13～133ng/mL,变异系数为3.5％,检测下限为6ng/mL。     

直接甲醇燃料电池催化活性层的优化

本文考察了直接甲醇燃料电池 (DMFC)不同催化剂载量的膜电极性能 .对催化剂层中Nafion含量进行优化 ,研究了Nafion含量对电池的阻抗的影响 .实验发现 :DMFC适宜的阳极Pt_Ru/C载量为Pt 4mg/cm2 、Nafion质量百分含量为 2 1.4 % ;高电流密度下 ,阴极Pt/C载量为Pt4mg/cm2 、Nafion质量百分含量为 2 1.4 %时 ,有较好的放电性能 ,继续增加Nafion含量 ,阴极的欧姆极化和浓差极化增大 ,电池性能下降     

Cu(bpy)22+—Nafion聚合物膜修饰电极研究

在目前的聚合物膜修饰电极领域中引起人们极大的研究兴趣,这是因为用离子交换方法可将许多电化学或电催化活性的阳离子物种固定于Nafion膜中,构成具有离子导电功能和特定电化学性质的膜合物膜修饰电极。     

质子交换膜燃料电池电极的一种新的制备方法

提出一种新的电极制备方法 ,在薄层催化层电极制备中加入造孔剂 ,并使用喷涂方法 ,使质子交换膜燃料电池 (PEMFC)电极中铂担量降到 0 .0 2mgPt/cm2 .与文献方法相比 ,新方法过程简单、成本低、易放大 .并通过实验得到电极的最佳组成为 :催化剂 :造孔剂 :Nafion =3:3:1 .采用此方法制备的电极 (0 .0 2mgPt/cm2 )与Nafion 1 1 5膜组装成电池 ,单池工作电压为 0 .7V时 ,每毫克铂可产生 2 0A的电流 ,每千瓦电池组仅需 72mgPt .     

分散溶剂对PEMFC催化层中超薄Nafion离聚物质子传导的影响

质子交换膜燃料电池(PEMFC)商业化应用的瓶颈仍然是贵金属催化剂导致的成本问题。然而,目前对于催化层中纳米尺度全氟磺酸离聚物(以Nafion为代表)薄膜中质子传导的问题研究不足,无法完善三相界面的成型规律,进而指导催化层设计。在催化层浆料制备过程中,分散溶剂对Nafion的分散形态有直接影响,可能对催化层成型后附着在催化剂颗粒表面Nafion薄膜的微观结构有潜在影响,进而影响Nafion薄膜的质子传导能力。因此,在本文中利用分子自组装技术模拟催化层离聚物薄膜的聚集过程,于模型基底上制备厚度精确可控的纳米尺度Nafion薄膜,并通过微观测试表征技术探索并建立纳米尺度Nafion离聚物的微观结构模型,阐明分散溶剂对Nafion薄膜微观结构及质子传导的影响。研究发现Nafion薄膜在纳米尺度下的质子电导率比体相膜的质子电导率低一个数量级,使用介电常数较小的醇类溶剂可以使Nafion薄膜形成更有利于质子传导的微观结构,使Nafion薄膜的质子电导率得到提高。相关研究结果为优化PEMFC催化层结构,改善PEMFC催化层中质子传导问题提供给了依据。     

聚合物在离子选择电极上的应用

本文概述了聚合物膜离子选择电极的发展、制备、应用等方面的研究情况。分别对固态膜类和液膜类聚合物膜离子选择电极的优缺点和发展前景进行了分析,并讨论了聚合物在膜电极中的作用,以及聚合物的结构对膜电极性能的影响。     

Nafion膜修饰电极的制备及其通透性研究

制备Nafion 膜修饰玻碳电极,并研究其对多种电活性物质的通透性.以一系列不同浓度(质量分数分别为O.5%、2%、3%、5%)的Nafion 溶液,采用滴涂或蘸涂方式制成Nafion 膜修饰玻碳电极.利用循环伏安法,通过测定铁氰化钾、抗坏血酸、多巴胺等电活性物质在玻碳电极和不同厚度Nafion 膜修饰电极表面的响应情...     

调制脉冲电沉积法制备质子交换膜燃料电池铂催化电极

通过调制脉冲电流在质子交换树脂(Nafion)粘接的无催化多孔碳电极(UCE)上电沉积Pt 催化剂, 对所沉积Pt 催化电极性能及负载量用循环伏安法(CV)、X 射线衍射仪(XRD)、透射电镜(TEM)及分光光度法进行了表征. 结果表明, 通过调制电沉积过程的脉冲参数, 能够实现质子交换膜燃料电池(PEMFC)电极Pt催化剂的直接电化学沉积, 能够调控电沉积Pt粒径, 并能有效地缓解电沉积过程中析氢对沉积金属催化剂铂的干扰, 所沉积的Pt 催化剂利用率较传统Nafion 粘接Pt/C催化电极要高. 脉冲导通时间ton 为300 μs、断通时间toff 为1200 μs, 脉冲峰值电流密度jp 为100 mA·cm-2 时, 电沉积120 s制得的电极的Pt 晶粒约5-8 nm, Pt 表面利用率为43.14%, 沉积Pt的电流效率为45%.     

银在质子交换膜燃料电池空气阴极内促进氧传递研究

利用离子交换及随后的氢还原,将单质银负载在质子交换膜(Nafion)孔道内.TEM、XRD表征载银Nafion膜的结构,电化学极限电流法测定氧在载银Nafion膜内的扩散系数.结果表明,因银晶颗粒大于Nafion孔道直径,致使Nafion孔道有所扩张;氧在载银Nafion膜内的扩散系数是无银Nafion膜的4倍.据此,把银引入质子交换膜燃料电池空气阴极催化剂表面的Nafion薄层,则电池的性能在高电流密度下有明显的提高,显示了银对该电极内氧传递的促进作用.     

离子交换-电沉积法制备高Pt利用率多孔电极

采用离子交换-电沉积的方法(Ion-exchange/electrodeposition,IEE)制备了一种高Pt利用率催化电极,对所制备电极的表面形貌、催化活性及单电池性能用线性扫描伏安(LSV)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和单电池测试进行了表征. 结果表明,通过电极制备工艺和离子交换-电沉积参数的调控,能够消除碳载体表面官能团的影响,使铂阳离子只与全氟磺酸树脂(Nafion)上的H⁺进行交换. 在无铂离子的电解质中,将被交换的铂阳离子还原到与Nafion接触的碳载体上,使每一个铂纳米粒子都处于气体多孔电极的三相界面上,有效地调控铂纳米粒子的尺寸和分散度. 单电池测试表明,以铂载量为0.014 mgPt•cm^-2的IEE电极组装的电池的输出功率与铂载量为0.3 mgPt•cm-²的Nafion粘接Pt/C电极相当.     

DMFC寿命测试过程中膜电极的表面和结构研究(英文)

设计并组装单电池寿命测试系统,测试直接甲醇燃料电池(DMFC)的运行寿命,获得不同运行时间下单电池的极化和功率曲线.测试结束后,分别对运行过的膜电极(MEA)催化剂(铂黑和铂钌黑)和Nafion117(膜作XRD,HRTEM,FTIR及Raman等表征.考察在长期运行条件下电池寿命性能与膜电极中催化剂的颗粒大小、分布、形态、表面物种以及膜的结构之间的关系.寿命测试结果表明,单电池在不同运行阶段其性能变化也不同.运行前200 h,电池性能衰减较显著;运行200~704 h性能较稳定,运行1 002 h后电池性能恶化.波谱实验发现,单电池长期运行后,其膜电极的阴、阳极催化剂颗粒变大.电池寿命性能的衰退伴随膜电极微结构、表面组成、催化剂/膜界面结构的变化以及Nafion 117(膜的老化.