[01363033]燃料电池核壳结构催化剂的制备及核—壳相互作用研究

“燃料电池核壳结构催化剂的制备及核-壳相互作用研究”为肇庆学院的校级项目,项目编号为：08015。 本研究从改进催化剂载体、催化剂结构以及催化剂两方面着手,对催化剂的电催化性能进行了研究,同时考察了添加氧化物对Pt/C催化剂活性组分抗团聚的影响,这些研究工作的创新性达到国际领先水平,得到国际专家认可并发表到有影响力的国际刊物多篇,具体研究如下： 首先,合成出粒径小（可小到约 1.2 nm）、高度分散的催化剂Pt/CNT和PtRu/CNT,考察了催化剂对甲醇氧化和H2/空单电池（做阳极）电池性能,结果表明,两个催化剂对于甲醇氧化显示很好的催化活性。 其次,改进催化剂载体。选用乙醇为助磨剂, 通过改进的球磨法, 成功地将 5～15 μm长的多壁碳纳米管切短至长度大约200nm左右、且分布均匀的短碳纳米管（SCNT）, 利用有机溶胶法制备了SCNT为载体的催化剂 Pt/SCNT 和 PtRu/SCNT,结果表明：用SCNT为载体制得的催化剂比使用未切短碳纳米管为载体制备的催化剂具有更高的比表面积, 更好的催化活性, 和更好的电池性能。 第三,改进催化剂结构。一方面,利用高压有机溶胶两步法合成了核壳结构的高性能、低铂载量催化剂PdPt@Pt/C,不仅是对甲醇氧化活性高,对氧还原也具有非常高的电催化活性;另一方面,采用高压有机溶胶两步法合成用Pd修饰Pt的具有核壳结构的催化剂（记做 Pt@Pd/C）用于甲酸氧化,结果发现具有核壳结构的催化剂Pt@Pd/C在室温下对甲酸氧化的活性非常高,且对甲酸的催化是通过理想的直接机理进行的,中毒率很低,是一种很有前景的甲酸燃料电池催化剂。 第四,添加氧化物对催化剂抗团聚的影响。采用高压有机溶胶法合成相同铂含量的Pt/C和Pt-x%SiOx/C系列催化剂,考察了添加氧化物SiOx不同含量、不同热处理温度和不同热处理时间,对Pt/C催化剂中活性组分的团聚作用的影响。结果证明添加一定含量的SiOx到电催化剂碳粉载体中有利的阻止了碳颗粒随温度变化引起的团聚,从而使铂颗粒在SiOx/C载体上分散更均匀,并具有较大的电化学表面积和较好的电化学性能。 本研究通过改进催化剂载体,大大提高了催化剂的电催化活性;通过催化剂结构的改进,利用核壳结构特殊结构,在提高催化剂活性同时,大大降低了催化剂贵金属的载量,为低温燃料电池降低成本,实现商业化做了一些有意义的研究工作。 根据上述所做的研究工作,以论文形式在国内外该方向的主流刊物发表研究成果论文共8篇,其中7篇被SCI收录,其中4篇属于SCI一区top类刊物（Journal of Power Scources）,1篇属于SCI二区刊物（Fuel Cells）。 低温燃料电池具有清洁、高效、安全、可移动、操作条件温和以及未来产业化具有发展潜力等优点备受世界各国的重视,被列入未来世界十大科技之首。也将应用于民用、医用、军用等便携式发电装置、应用于航天技术中,也可用于偏远地区的分散发电以及混合动力汽车的能源供给,其应用前景非常广泛。燃料电池技术被认为是21世纪首选的洁净、高效的发电技术。