質(zhì)子交換膜燃料電池用Pt-TiB-,2-催化劑的穩(wěn)定性研究.pdf

1、質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)中催化劑的穩(wěn)定性問題，嚴(yán)重制約了其商業(yè)化進(jìn)程。目前普遍使用的Pt/C和PtM/C等催化劑，由于Pt與載體C之間的結(jié)合力差，燃料電池經(jīng)長時間的運行之后，Pt顆粒會遷移長大；同時載體C也會發(fā)生一定的腐蝕，嚴(yán)重影響了催化劑的穩(wěn)定性。為此，本論文采用耐腐蝕的TiB2導(dǎo)電陶瓷作為催化劑載體。為了解決陶瓷表面的惰性及Pt-陶瓷載體弱結(jié)合力問題，我們在研究過程中引入了功能高分子對納米Pt顆?；蜉d體顆粒進(jìn)行表面修飾，從而

2、提高金屬～載體間結(jié)合力及Pt在載體表面的分散度。選用的功能高分子主要為導(dǎo)質(zhì)子或?qū)щ娮痈呔畚?，目的在于降低催化反?yīng)過程中可能發(fā)生的對電子或質(zhì)子阻隔的影響?；谏鲜龇治?，本論文分別合成了新型的、具有高穩(wěn)定性的導(dǎo)質(zhì)子高聚物(Nafion)以及導(dǎo)電子高聚物(PANI，聚苯胺)修飾的Pt/TiB2催化劑，并對催化劑的物性、熱穩(wěn)定性、電化學(xué)穩(wěn)定性進(jìn)行了表征。 首先，采用高溫自蔓延合成法(SHS)合成了微米級的TiB2導(dǎo)電陶瓷，其平均粒徑為2

3、～3μm，對TiB2導(dǎo)電陶瓷的熱穩(wěn)定性和電化學(xué)穩(wěn)定性研究表明，TiB2導(dǎo)電陶瓷的穩(wěn)定性要優(yōu)于傳統(tǒng)的催化劑碳載體。 采用膠體法和液相還原法分別合成了Nafion-Pt/TiB2催化劑和Pt/Nafion-TiB2催化劑，并采用CV加速方法及TG對其穩(wěn)定性進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，Nafion-Pt/TiB2和Pt/Nafion-TiB2催化劑分別經(jīng)歷了6000次和7500次循環(huán)之后其活性才降低到40％。而商業(yè)20wt.％Pt/C在經(jīng)歷

4、了2400次CV加速之后其電化學(xué)活性面積就降低到40％；Nation-Pt/TiB2和Pt/Naton-TiB2催化劑在500℃以前的損失率分別為2.18％和2.03％，而20wt.％Pt/C在500℃損失了總質(zhì)量的80.41％。與傳統(tǒng)的Pt/C催化劑相比，Nafion修飾的Pt/TiB2催化劑的電化學(xué)穩(wěn)定性提高了2.5～3倍。 采用化學(xué)氧化法合成了PANI修飾Pt/TiB2催化劑，并采用CV加速方法及TG對其穩(wěn)定性進(jìn)行了研究。

5、結(jié)果表明，由PANI修飾的40wt.％Pt/TiBz催化劑即使經(jīng)歷了6300次CV加速，其活性面積還有50％，而商業(yè)40wt.％Pt/C催化劑在經(jīng)歷了1200次CV加速之后，其電化學(xué)活性比表面積降低到49.82％；前者在500℃之前，其質(zhì)量基本上沒有發(fā)生任何的變化，而后者在455℃就被全部氧化分解，質(zhì)量減少了56.29％。與傳統(tǒng)的Pt/C催化劑相比，PANI修飾的Pt/TiB2催化劑的電化學(xué)穩(wěn)定性提高了5倍。因此，將TiB2導(dǎo)電陶瓷作為