質(zhì)子交換膜燃料電池陰極催化劑的制備和性能檢測.pdf

1、當(dāng)代工業(yè)的迅速發(fā)展，使得能源危機(jī)日益嚴(yán)重，新能源的開發(fā)與應(yīng)用受到廣泛關(guān)注。質(zhì)子交換膜燃料電池是一種新型的能源裝置。它具有高能量密度，高能量轉(zhuǎn)換效率和污染物的低排放等特點，可以用作交通工具和便攜電子設(shè)備上的電源。由于質(zhì)子交換膜燃料電池采用貴金屬做催化劑，成本很高，這使得其不能夠被廣泛使用。因此低成本、高效率以及高穩(wěn)定性的質(zhì)子交換膜燃料電池催化劑的制備成為材料工作者關(guān)注的熱點。
　　質(zhì)子交換膜燃料電池的陰極發(fā)生氧氣還原反應(yīng)，質(zhì)子交換膜

2、燃料電池的陰極催化劑即為氧氣還原反應(yīng)催化劑。鉑是活性最高的純金屬氧還原催化劑，而鉑與一些過渡金屬形成合金可以大大提高其氧還原催化活性。本課題采用以葡萄糖做還原劑，淀粉做分散劑的綠色合成方法來制備鉑鈀合金納米粒子，并將合成之后的Pt-Pd納米粒子負(fù)載在活性炭上，得到用于氧還原反應(yīng)的催化劑Pt-Pd/C。
　　對制備納米粒子的反應(yīng)溶液使用UV-Vis光譜進(jìn)行了檢測，用這種方法來分析溶液中的離子變化，根據(jù)UV-Vis光譜確定鉑離子和鈀離

3、子被完全還原成原子所需要的時間。實驗對比了不同濃度的葡萄糖溶液對金屬納米粒子合成的影響，葡萄糖濃度越大，反應(yīng)速度越快。用兩種不同相對分子質(zhì)量的淀粉做分散劑，相對分子質(zhì)量較大的1號淀粉的分散效果優(yōu)于相對分子質(zhì)量較小的2號淀粉。在淀粉能夠起到分散作用的最小濃度以上，淀粉濃度越低，分散效果越好。
　　通過高分辨透射電子顯微鏡對合成的催化劑進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)用1號淀粉做分散劑合成的Pt-Pd納米粒子在活性炭上的分散比較均勻，而用2號淀粉做分散

4、劑合成的Pt-Pd納米粒子在活性炭上產(chǎn)生了明顯的聚集現(xiàn)象。通過熱重力分析，測定了催化劑中的金屬含量?；钚蕴繉饘俚呢?fù)載量達(dá)到最大時，催化劑中的金屬含量大約為30％。制備金屬載量的理論值為20％的催化劑時，熱重力分析結(jié)果表明實際金屬載量接近理論值。用X射線粉末衍射技術(shù)對催化劑的晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)Pt-Pd納米粒子與Pt納米粒子有相同的晶體結(jié)構(gòu)，都為面心立方晶體結(jié)構(gòu)。
　　用循環(huán)伏安法對催化劑的氧還原催化性能進(jìn)行了測試。通過比較相

5、同金屬載量時，不同催化劑的氧還原反應(yīng)曲線的半波電位，發(fā)現(xiàn)Pt∶Pd=3∶1的催化劑的氧還原催化能力稍微優(yōu)于商業(yè)Pt/C，而Pt∶Pd=1∶1的催化劑的氧還原催化能力不如商業(yè)Pt/C。在氧還原反應(yīng)曲線上電壓為0.9 V（vs.RHE）時，Pt∶Pd=3∶1和Pt∶Pd=1∶1的催化劑的電化學(xué)表面面積歸一化的動力學(xué)電流密度都比商業(yè)Pt/C高，Pt∶Pd=3∶1和Pt∶Pd=1∶1的催化劑的鉑質(zhì)量歸一化的動力學(xué)電流密度也都比商業(yè)Pt/C高。在