低Pt载量PtFeNi@C催化剂制备及其电解水析氢性能

开发低成本、高性能的贵金属Pt基电催化剂对于电解水制氢反应(HER)具有重要意义。采用“双溶剂”(正己烷为分散剂,水为溶剂)策略,以棒状双金属FeNi-MOFs为前体,将H_(2)PtCl_(6)浸渍到双金属FeNi-MOFs孔道内,在Ar氛围600℃煅烧2 h得到PtFeNi@C复合催化材料,采用SEM、TEM、XRD和XPS对所合成材料的形貌、结构进行分析;采用电化学工作站测试催化剂的线性扫描伏安曲线(LSV)和Tafel斜率,研究合成材料的HER性能。结果表明PtFeNi@C催化剂在0.5 mol/L硫酸电解质中的电催化性能较好,电流密度为-10 mA·cm^(-2)时,过电位仅为-42 mV。

低Pt负载氧还原电催化剂的研究进展

Pt基纳米晶作为氧还原反应(ORR)中重要的催化剂之一,因储量有限且成本高,很难实现大规商业化应用。将Pt与其他金属合金化以降低Pt用量的同时提高Pt利用率是目前开发高活性ORR催化剂的主要途径。特别是,减小纳米晶的尺寸可以显著增加Pt原子利用率和Pt的质量活性,但较小的纳米晶具有较高的表面能,在热力学和电化学反应中不稳定。因此,如何获得更小的、甚至超细的、具有高稳定性的Pt合金纳米晶具有很大的挑战。本文针对近年来该领域的研究进展进行了综述。重点讨论了减小纳米晶尺寸并同时提高低Pt电催化剂ORR性能的合成策略和设计理念。最后简要总结了Pt基合金纳米晶催化剂面临的挑战和未来研究方向。

燃料电池低Pt核壳结构催化剂的最新研究进展

传统的Pt/C催化剂,由于仅仅是处于纳米粒子表层的Pt原子参与电催化反应,而大多数位于粒子内层的Pt却未能得到有效利用,由此造成燃料电池成本高昂,阻碍了它的大规模商业化进程。核壳结构催化剂是近年来出现的一类极其重要的低Pt催化剂,这类催化剂是使用廉价贵金属、过渡金属、合金及导电化合物的纳米粒子作为核,在其表面覆盖一个原子层厚度或者几个原子层厚度的Pt为壳层而制得的新型高性能催化剂。核壳结构低Pt催化剂可大幅度降低燃料电池的贵金属Pt的使用量,进而降低燃料电池的成本,是实现质子交换膜燃料电池大规模商业化的希望所在。有关核壳结构低Pt催化剂的研究已成为燃料电池领域最热门的研究课题之一。综述了近年来低Pt核壳结构催化剂的研究进展,包括低Pt核壳结构催化剂制备技术的研究进展,以廉价贵金属、合金及导电化合物纳米粒子作为核的低Pt核壳结构催化剂的设计、制备及其相关研究情况。介绍了不同类型的核与Pt壳层之间的相互作用,讨论和总结了影响低Pt核壳结构催化剂电催化活性的相关因素,并对低Pt核壳结构催化剂的研究及其应用进行了展望。

核壳结构催化剂应用于质子交换膜燃料电池氧还原的研究进展

质子交换膜燃料电池(PEMF Cs)由于高比功率密度、高能量转换效率、环境友好和低温下快速启动等优点受到广泛关注,被认为是替代传统内燃机成为汽车动力的最理想能源转换装置。目前PEMF Cs仍需较高载量的贵金属Pt作为电催化剂以保持转换效率,因此,开发低Pt量高活性的电催化剂对PEMF Cs技术的商业化进程至关重要。核壳结构催化剂被证明是一种能有效降低电极Pt用量的策略,其既能通过结构优势提高贵金属Pt的利用率,又能通过电子或几何效应改善催化剂的催化活性和稳定性。本文首先简介了PEMF Cs阴极氧还原反应(ORR)电催化剂构效关系的理论研究;其次综述了几种典型核壳结构电催化剂应用于ORR的研究进展;最后对ORR低Pt电催化剂的下一步研究方向作了展望。

氢氧滴定法测催化剂中低负载量铂分散度

目前可以用于测定含量较高的金属分散度方法有X射线光电子能谱法(XPS)、X射线衍射法(XRD)、透射电子显微镜法(TEM)、化学吸附法等。而测定低含量金属分散度,例如含量低于0.5%的情况,则需用氢吸附还原-氧滴定-氢滴定循环法(氢氧滴定法)才能得到较准确的测试结果。本文针对低Pt负载量催化剂的Pt分散度测定,探讨了其氢氧滴定法中的重要影响因素,并建立优化了测试条件。

氢燃料电池电催化剂研究进展

目前铂(Pt)及其合金仍是氢燃料电池首选催化剂,但是Pt高价格、低储量及循环稳定性差等缺点严重阻碍了氢燃料电池商业化,因此发展低成本、高性能的新型非Pt催化剂和低Pt催化剂是实现氢燃料电池商业化的关键。本文围绕燃料电池催化开发及使用过程中存在的成本、稳定性和毒化问题,回顾了近年来阴离子交换膜燃料电池和质子交换膜燃料电池催化剂分别在提高阳极催化剂活性、降低阴极催化剂成本领域的最新研究进展,包括催化剂的组成、结构以及颗粒尺寸等对催化活性、稳定性的影响。最后针对燃料电池催化剂存在的问题,指出未来应基于原位观测和表征技术加强对碱性氢氧化机理的研究,同时开发高温制备小尺寸高有序度的有序铂合金阴极催化剂的方法是未来的研究重点。

过渡金属掺杂的低Pt空气阴极微生物燃料电池的研究

本文重点研究了过渡元素Co、Fe与Pt掺杂作为阴极催化剂时对阴极催化及全电池性能的影响。采用电化学工作站进行Pt/Co催化剂的电化学研究,在进行Pt/Co催化剂电化学分析时,得到电极上氧还原线性循环伏安描苗峰电流ip和扫描速率之间呈线性关系,表明氧在电极上的电还原是受表面控制的。测得电池的内阻约为1800Ω;当电压为88mV时,最大功率密度为588mW/m^2。