用于质子交换膜燃料电池催化剂结构研究的原位XAFS实验方法

依托上海光源的X射线吸收精细结构(XAFS)谱学线站(BL14W1),建立并发展了用于氢-氧质子交换膜燃料电池(PEMFC)原位XAFS实验的测试装置,以Pt/C纳米催化剂作为PEMFC的阴极催化剂,Pd/C作为燃料电池的阳极催化剂,采集在工作状态下的阴极催化剂的XAFS数据,同步监测燃料电池的电流–电压(J–V)曲线和功率密度曲线,观察到Pt/C催化剂在反应过程中不同电位下氧化态的变化,在高电位下Pt/C催化剂的表面存在较强的Pt-O键,降低了Pt/C催化剂的性能.本文同时也验证了我们所建立的实验装置和研究方法的可行性和可靠性.

原位XAFS表征双金属纳米催化剂PtCo/C在工作状态下的结构变化

用两步还原法制备的Pt Co/C(10 wt%Pt)纳米催化剂具有与商业催化剂Pt/C(20 wt%Pt)接近的催化反应活性,使贵金属Pt的用量减少了50%。利用上海光源BL14W1线站的质子交换膜燃料电池(Proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)原位X射线吸收精细结构谱(X-ray absorption fine structure,XAFS)实验装置,在以该Pt Co/C作为燃料电池的阴极催化剂,以Pd/C作为阳极催化剂的条件下,原位表征Pt Co/C在工作状态下的结构变化,Pt Co/C的非原位XAFS数据没有观察到Pt-Co合金成分,发现存在显著的Co-O键和Co-O-Co键贡献,且与Pt/C相比,Pt的氧化程度更高且具有更短的Pt-Pt金属键长,说明Pt Co/C中的Co主要以氧化物种形式存在,且Co的存在影响着活性成分Pt的结构。原位XAFS数据表明随着电压的逐渐降低,Pt Co/C中Pt和Co的氧化程度降低,揭示了在催化反应过程中Pt的d电子向过渡金属Co的转移过程。

尿素水溶液吸收SO_2的机理研究

通过对尿素水溶液吸收SO2能力的机理研究发现,尿素水溶液在常温下(<60℃)对SO2的吸收主要是物理吸收,而化学吸收受到尿素水解速率的控制,达到平衡后,其吸收效率在20%左右。