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氢氧质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种将氢气和氧气反应的化学能转换为电能的装置,具有高效、无污染、低噪音等优点,是一种具有发展前途、应用范围广泛的电池。燃料电池工作者一直致力于能够将其商业化,但由于其催化剂的限制,阻碍了商业化的进程。
现阶段氢氧质子交换膜燃料电池的首选催化剂为碳载铂催化剂Pt/C,目前仍然没有发现能够有效替代Pt/C的质子交换膜燃料电池催化剂。制约着Pt/C催化发展的因素包括:Pt的价格昂贵,碳载体腐蚀和纳米Pt颗粒团聚等导致催化剂的性能衰退。本文从以上两个角度出发,制备了两种不同的催化剂,并对催化剂进行了表征,结果显示出良好的性能。
基于提高Pt/C催化剂的稳定性和催化效率,我们制备了Ni核Pt壳燃料电池催化剂,将PtNi催化剂制备在稳定的载体多壁碳纳米管上(CNTs),获得PtNi/ CNTs催化剂。通过XRD发现,PtNi催化剂具有面心立方结构,特征峰与Pt比较向高角度偏移,少量的Ni原子进入Pt的晶格时引起Pt-Pt键缩短,晶格收缩。通过电化学测试分析,结果表明催化剂具有很好的催化活性。
基于Nafion独特的物理化学性质,即,粘接作用传导质子能力,本文将Nafion直接引入到完整的多壁碳纳米管表面,在保证质子传递能力的同时,通过Nafion将Pt纳米颗粒稳定地粘接在CNTs载体表面,获得Pt/Nafion-CNTs催化剂。通过对该催化剂的形貌、结构、电化学性能表征,发现Pt/Nafion-CNTs催化剂中,金属催化剂颗粒分散度显著提高。红外、EDX、热重等对载体中的Nafion进行了分析和表征。电化学测试表明,Pt/Nafion-CNTs催化剂比传统的Pt/CNTs具有更高的催化活性和更好的稳定性。