新型PtFeN-C和PtNiMoN-C系列氧還原電催化劑的制備及性能表征.pdf

1、眾所周知，高成本低穩(wěn)定性一直是阻礙質(zhì)子交換膜燃料電池商業(yè)化進(jìn)展的主要因素，特別是氧還原反應(yīng)(ORR)電催化劑。為了降低成本，提高電催化劑的穩(wěn)定性，通過(guò)浸漬還原法制備了兩種不同的新型燃料電池電催化劑，并利用一系列物性和電化學(xué)性能表征手段對(duì)這兩種電催化劑進(jìn)行了詳細(xì)深入的機(jī)理分析，主要結(jié)論如下所示：
　　(1)通過(guò)浸漬還原法以及后續(xù)的 NH3氣氛下的高溫?zé)崽幚?，制備出了不同Pt-Fe原子比的PtFe納米電催化劑。結(jié)合XRD、STEM、X

2、PS和ICP等物化性能表征方法發(fā)現(xiàn)，我們制得的電催化劑是富 Pt的核殼納米電催化劑。循環(huán)伏安法(CV)測(cè)試結(jié)果顯示，這些電催化劑在O2飽和的0.1 mol·L-1 HClO4溶液中有著較高的ORR性能，其中，PtFe3N/C電催化劑的質(zhì)量活性最高，為336.45 mA·mg-1 Pt(0.90 V vs. RHE)，比同電位下商業(yè)Pt/C電催化劑的質(zhì)量活性(135.44 mA·mg-1 Pt)高3倍左右。此外，PtFe3N/C電催化劑在

3、O2飽和的HClO4溶液中加速30K圈后， PtFe3N/C對(duì)應(yīng)的質(zhì)量活性降為209.68 mA·mg-1，降低了37.68％；Pt/C的質(zhì)量活性降為38.68 mA·mg-1，降低了71.44%，說(shuō)明PtFe3N/C電催化劑更加穩(wěn)定，其穩(wěn)定性是Pt/C電催化劑的2倍多。其可能的原因是高溫條件下所形成的鐵的氮化物具有很好的穩(wěn)定性，且Fe對(duì)Pt形成了有效的修飾，縮短了Pt-Pt之間的原子間距，改變了氧在電催化劑表面的吸附/脫附狀態(tài)，提高了

4、其電催化性能。
　　(2)以(NH4)6Mo7O24·4H2O和C4H6NiO4·4H2O為前驅(qū)體，用同樣的方法合成了不同Pt-Ni-Mo原子比的合金電催化劑，但是還原劑的用量以及NH3氣氛下的高溫?zé)崽幚頊囟扰cPtFe體系有所不同。分析XRD、XPS圖譜可知，PtNiMoN/C體系合金電催化劑中的確含有Pt、Ni、Mo、N等元素。由循環(huán)伏安法和CO吸附實(shí)驗(yàn)可知，Pt3Ni3MoN/C合金電催化劑的電化學(xué)比表面積(ESAs)是最大的

5、，說(shuō)明其催化活性最好；并且其抗 CO毒性性能也比商業(yè) Pt/C電催化劑優(yōu)秀。通過(guò)氧還原(ORR)性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)后，比較出Pt3Ni3MoN/C合金電催化劑的質(zhì)量活性最高，為539.41mA·mg-1(0.90 V vs. RHE)，是Pt/C質(zhì)量活性(154.46mA·mg-1)的3.5倍。在O2飽和的0.1 mol·L-1 HClO4溶液中加速5K圈后，Pt3Ni3MoN/C對(duì)應(yīng)的質(zhì)量活性降為463.15 mA·mg-1，降低了14.1