質(zhì)子交換膜燃料電池陽極非貴金屬催化劑的研究.pdf

1、質(zhì)子交換膜燃料電池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC)電極普遍采用Pt/C電催化劑。由于鉑資源非常匱乏，極大的限制了PEMFC的大規(guī)模應用，尋求可替代Pt/C催化劑的非貴金屬材料，已經(jīng)迫在眉睫。本文選擇了W、Mo、Co等金屬，采用浸漬還原法、熱還原法、改進的熱還原法以及溶膠凝膠法分別制備了這幾種金屬的碳載催化劑，對制備出的非貴金屬催化劑進行了電化學測試、X-射線衍射(X-ray Diffr

2、action,XRD)、透射電子顯微鏡(Transmission Electron Microscopy,TEM)等測試，研究結果表明：這些非貴金屬在硫酸體系中對氫氣的氧化反應均有一定的催化活性。
　　通過對不同載量的催化劑進行研究發(fā)現(xiàn)，如果催化劑顆粒不導電，適量的碳粉對于催化劑的導電性是必需的，不能無限制增加催化劑的載量。以硼氫化納(NaBH4)為還原劑的浸漬還原法制備的Mo、Co催化劑并不能得到單質(zhì)的金屬，而且抗腐蝕性能不好。

3、其中，Co催化劑的抗腐蝕性比Mo催化劑更差。對Co催化劑采用摻雜Mo或W后發(fā)現(xiàn)，催化劑的抗腐蝕性能增加了，但是催化劑的活性基本不變。用氫氣在800℃高溫下熱還原的方法制備的Co催化劑能夠得到單質(zhì)的Co，但是此催化劑的抗腐蝕性能也很差。
　　采用普通熱還原法，制得碳化鉬和碳化鎢催化劑。其中碳化鉬以Mo2C形式存在，碳化鎢以W2C和WC的形式存在。由于W2C的存在導致催化劑的抗腐蝕性能不好，而Mo2C催化劑抗腐蝕性能相對較好。通過比較

4、不同的制備方法發(fā)現(xiàn)，溶膠凝膠法制備的Mo2C催化劑對氫氣的活性最好，改進的熱還原法制備的催化劑的活性其次，性能最差的是普通熱還原法。三種方法制備出的催化劑粒徑也是依次增大，分別為6nm、10nm和13nm左右。其中性能最好的載量為40mass％的Mo2C/C催化劑在0.5mol·L-1的硫酸溶液中，電極電位0.5V時電流密度達到0.035mA·cm-2，載量為2mass%的Pt/C催化劑在同樣條件下電流密度達到0.12mA·cm-2。嘗

5、試了對Mo2C/C摻雜Pt的實驗，發(fā)現(xiàn)含40mass%的Mo2C和2mass%的Pt的催化劑比載量為2%的Pt催化劑性能大有提高，在0.5mol·L-1的硫酸溶液中，電極電位0.5V時電流密度達到0.34mA·cm-2。對于摻雜Pt的制備方法也進行了研究。先制備出Mo2C/C催化劑，然后用硼氫化納還原出Pt的方法制備的催化劑催化活性最好，抗腐蝕性能最好。單純用浸漬還原法同時還原出Mo和Pt的方法不管是催化活性和抗腐蝕性能都最差，將此方法