PEMFC鉑基催化劑的助催化劑及載體研究.pdf

1、催化劑是質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）最為重要的關(guān)鍵材料之一。目前，Pt/C是應(yīng)用最為廣泛的PEMFC催化劑，但是其仍面臨著氧還原活性不高，穩(wěn)定性較差，及成本過(guò)高等問(wèn)題，限制了PEMFC整體的效率及商業(yè)化推廣。本文確定了催化劑的制備方法并對(duì)Pt/C催化劑的制備進(jìn)行了逐步放大，用以滿足實(shí)驗(yàn)室對(duì)Pt基催化劑用量上的需求，從引入助催化劑及新型載體兩個(gè)方面出發(fā)，根據(jù)Pt與Ti同為d區(qū)元素的特點(diǎn)，嘗試找到可以提升Pt基催化劑活性及穩(wěn)定性的Ti系

2、材料。 ⑴確定了催化劑的制備方法并對(duì)Pt/C催化劑的制備進(jìn)行了逐步放大。對(duì)比了連續(xù)微波法（CM）、脈沖微波法（PM）及乙二醇回流法（EG—Reflux）所制備的Pt/C催化劑的電化學(xué)活性面積及Pt顆粒形貌，并比較了以不同C材料為載體的催化劑活性和結(jié)構(gòu)，優(yōu)選出制備方法（PM、EG—Reflux）及載體；對(duì)50％Pt擔(dān)載量的Pt/C催化劑的制備進(jìn)行了逐步放大，所得催化劑與商業(yè)化的Pt/C相比，電化學(xué)活性面積較大且顆粒較小；并且催化劑

3、制備工藝穩(wěn)定可靠。將自制催化劑制得電極，經(jīng)過(guò)單池性能測(cè)試，催化劑可以滿足使用要求。 ⑵制備了N及Sn摻雜的TiO2（NTT）助催化劑，并利用X射線衍射（XRD）、透射電鏡（TEM）、及X射線光電子能譜（XPS）等手段，對(duì)其晶形、形貌及元素組成進(jìn)行了分析；以不同比例混入Pt/C催化劑后，對(duì)NTT/Pt/C共混催化劑進(jìn)行了循環(huán)伏安動(dòng)電位掃描和旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)電極測(cè)試，研究了其對(duì)Pt/C催化劑電化學(xué)活性面積及氧還原半波電位的影響；并在不同增濕

4、條件下，在單電池中對(duì)NTT/Pt/C及Pt/C催化劑進(jìn)行了測(cè)試。結(jié)果顯示，NTT不僅可以促進(jìn)Pt/C催化劑活性，并且其具有一定的保水能力，在低增濕工況下可以顯著提升PEMFC的性能。 ⑶系統(tǒng)地研究了TiC及TiN作為Pt基催化劑載體的可能性。采用XRD、TEM以及比表面積及孔分布表征，對(duì)載體的晶形、形貌、比表面積及孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析；并采用動(dòng)電位掃描法，研究了這兩種載體的本征電化學(xué)穩(wěn)定性。后以兩種材料為載體，制備了不同Pt擔(dān)載量的