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电催化剂的成本、活性、稳定性和抗毒性制约着低温燃料电池的产业化。目前广泛使用的碳载铂(Pt/C)催化剂价格昂贵、资源匮乏,抗毒性较差,难以满足低温燃料电池的应用要求。本论文旨在开发低铂含量的Pd-Pt/C催化剂,在保持活性的前提下,降低成本,提高抗毒性。
首先,采用乙二醇法制备了Pd-Pt/C合金催化剂,研究了反应条件和Pd/Pt原子比对催化剂结构和形貌的影响,探讨了催化剂微观结构与其活性、抗毒性之间的关系。研究结果表明,Pd-Pt/C催化剂具有优于商业化Pt/C的催化活性和抗甲醇毒化性能。
其次,通过简易的NH3·H2O络合法,合成了具有孪晶结构的低Pt含量Pd-Pt/C催化剂;结合XRD、TEM和HRTEM表征,研究了络合剂和Pt含量对催化剂孪晶结构的影响;以电化学测试和单电池测试评价了Pd-Pt/C催化剂的活性和抗毒化性能。结果表明,低Pt含量的Pd-Pt/C催化剂具有较好的氧还原反应(ORR)和氢氧化反应(HOR)催化活性以及抗CO和甲醇毒化性能,有望取代Pt/C催化剂应用于低温燃料电池。
最后,通过调变NH3·H2O络合法的制备条件,控制金属颗粒的成核与生长速度,制备了特殊形貌的纳米晶Pd-Pt/C催化剂;结合HRTEM、XPS和电化学表征探究了催化剂结构与活性之间的关系。研究结果表明,多面体结构的Pd-Pt/C较好的ORR活性和优异的抗甲醇毒化性能归因于规整的多面体结构中暴露更多的高活性(111)晶面以及较高的表面Pt/Pd原子比和金属态含量。