质子交换膜燃料电池铂合金催化剂的制备及其性能研究

• 作 者: 杜鑫鑫
• 机 构: 华东理工大学
• 出 处: 华东理工大学
• 发表日期: 2016年期
• 关键词: 铂合金催化剂 制备工艺 电催化性能 质子交换膜燃料电池

质子交换膜燃料电池(PEMFC)作为一种清洁高效、量密度高、可低温启动的化学能-电能转换装置，被认为是未来最有希望的新型能源之一，近年来引起了相关研究领域的广泛关注。作为PEMFC的重要组成部分，电催化剂是决定其运行寿命和制造成本的关键材料之一。受制于低的使用寿命和高昂的制造成本，PEMFC一直未得到商业化的推广和使用。为了降低Pt的使用量，本文从Pt基的二元和三元合金两个方面对PEMFC用Pt合金电催化剂的制备和性能进行了研究。　　首先，本文通过一种简单的方法制备出了被碳层包覆的无序的fcc结构的PtFe合金催化剂和有序的fct结构的PtFe金属间化合物催化剂。使用透射电子显微镜、扫描透射电镜、X射线衍射等分析测试方法对制备的催化剂的形貌和结构进行了表征，并使用电化学测试手段对所制备催化剂的电催化活性和稳定性进行了研究。实验结果表明，有序的fct结构的PtFe金属间化合物催化剂比无序的fcc结构的PtFe合金催化剂具有更好的电化学催化活性和稳定性，合金化增强了Pt和Fe的抗酸腐蚀性。通过碳包覆的作用可以有效抑制热处理过程中金属颗粒的长大，而小尺寸的催化剂颗粒对催化活性的提高有很大的好处。同时，PtFe催化剂中Fe的加入可以降低Pt原子之间的距离，改变Pt原子的电子状态，这有利于提高催化剂的活性。所研制的新型催化剂的活性和耐久性大大优于目前广泛使用的商业Pt/C催化剂　　最后，本文使用液相还原法，将Pt和Ir负载在Fe-C上，通过不同温度的热处理，制备出了不同合金化程度的PtIrFe三元合金催化剂。实验使用使用透射电子显微镜、X射线衍射以及电感耦合等离子体质谱等分析测试手段对不同温度热处理的催化剂的结构和形貌进行了表征，并使用了电化学分析手段对所制备的催化剂电催化性能进行了测试。实验结果表明，随着热处理温度的升高，催化剂的合金化程度逐渐提高，经过700℃热处理的样品具有最好的催化活性和稳定性。