低鉑-非金屬復(fù)合催化劑的構(gòu)筑和性能研究.pdf

1、質(zhì)子交換膜燃料電池是目前最接近商業(yè)化的一種燃料電池，它具有能量轉(zhuǎn)換效率高，環(huán)境友好，可持續(xù)供電，噪聲低，使用方便靈活等特點(diǎn)，但是在實(shí)現(xiàn)商業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)的道路上，質(zhì)子交換膜燃料電池還面臨著成本過高和穩(wěn)定性差的兩大問題亟待解決。針對(duì)這些問題，本工作從提高Pt的利用率，增強(qiáng)催化劑穩(wěn)定性的方面入手，進(jìn)行了一系列探索。
　　聚多巴胺和聚苯胺是一類導(dǎo)電高聚物，它們?cè)诟邷叵驴梢苑纸猱a(chǎn)生類石墨烯的NC結(jié)構(gòu)層。本工作擬在催化劑表面生成這種NC結(jié)構(gòu)層

2、，一方面通過NC結(jié)構(gòu)對(duì)鉑納米粒子形成保護(hù)層，使Pt/C催化劑具有更好的穩(wěn)定性，另一方面，利用NC結(jié)構(gòu)與Pt納米粒子的微觀結(jié)構(gòu)、表面狀態(tài)等產(chǎn)生影響，以提高催化劑的催化活性。
　　首先，將聚多巴胺包覆在Pt/C催化劑表面，并進(jìn)行高溫焙燒，使其在高溫下分解，生成NC的多孔結(jié)構(gòu)包覆在Pt/C催化劑的表面，在這過程中，采用NaCl重固結(jié)晶固型法，利用NaCl的限域作用，減少3D結(jié)構(gòu)的季銨氮的生成，最終得到類石墨烯NC結(jié)構(gòu)層包覆的Pt/C@N

3、C催化劑。電化學(xué)測(cè)試表明，制備的Pt/C@NC催化劑與20％的商業(yè)化Pt/C催化劑相比，電化學(xué)活性表面積提高13.7%，半波電位正移了39mV，質(zhì)量比活性和比表面活性分別為20%的商業(yè)化Pt/C催化劑的3.6倍和3.0倍。加速老化實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)過2000圈循環(huán)伏安測(cè)試后，制備的Pt/C@NC催化劑電化學(xué)活性表面積減少了15.43%，優(yōu)于商業(yè)化Pt/C催化劑的42.51%。
　　其次，將Pt/C催化劑吸附Fe3+離子，然后包覆一層

4、聚苯胺層，再在SiO2的保護(hù)下進(jìn)行800oC的高溫焙燒，最后利用NaOH溶液刻蝕除去SiO2層，得到PtFe@NC催化劑。制備的PtFe@NC催化劑活性納米粒子均勻的分布在載體表面，呈現(xiàn)中空的納米結(jié)構(gòu)。循環(huán)伏安曲線可以看出，制備的PtFe@NC催化劑循環(huán)伏安曲線表現(xiàn)出超大的雙電層的特征，說明其具有良好的導(dǎo)電性。從線性掃描曲線中可以看出，制備的PtFe@NC催化劑反應(yīng)的起始電位比商業(yè)化Pt/C催化劑提前了48mV，半波電位正移了18mV，