新型低铂燃料电池催化剂制备及电催化性能研究.pdf

Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
The Graduate School
College of Material Engineering and Technology



Preparation and Investigation of
Electrochemistry Performance and Low-Pt
Loading Catalysts for Fuel Cell Application




A Thesis in

Applied Chemistry

by

Yanling Zhang

Advised by

Associate Prof. Hao Tong

Submitted in Partial Fulfillment

of the Requirements

for the Degree of

Master of Engineering

February, 2012
承诺书

本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究
工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文
中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得南京航
空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。
本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编
入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、
汇编学位论文。
(保密的学位论文在解密后适用本承诺书)



作者签名:
日期:
南京航空航天大学硕士学位论文
摘要
燃料电池具有清洁、高效、安全等优点,故其具有较好的发展空间。但是目前燃料电池的
催化剂都是使用价格昂贵、资源稀缺的贵金属 Pt 作为主要的活性组分,这已经成为制约燃料电
池商业化进程的重要因素。从燃料电池商业化进程来看,开发高性能和低载铂量的燃料电池催
化剂对于促进燃料电池技术的发展和商业化进程具有十分重要的意义,相关的研究也已经成为
了燃料电池领域重要的研究课题。
本文主要从催化剂载体,制备技术,催化剂结构着手,探索制备出了一系列具有高性能、
低铂型的催化剂,从而大幅度提高了贵金属铂的利用率,同时还提高了其对 CO 的抗中毒能力。
主要的内容如下:
(1)利用化学镀的方法在 Si 表面制备了枝状 Au,再于枝状 Au 表面化学镀 Pt,得到了
Pt/Au/Si 电极材料。实验表明枝状 Au 可有效提高 Pt 的分散度,提高 Pt 催化剂的利用率和电催
化活性,同时 Pt/Au/Si 的电化学催化活性、稳定性、抗 CO 中毒性能都要优于 Pt/Si。
(2)再利用(1)中的方法所制备的枝状 Au 表面利用欠电位的方法制备了单层 Pt 催化剂。
结果表明,随着枝状 Au 结构的增大,其表面 Pt 的沉积量也随之增大,从而使得该催化剂的活
性也增大。其对酸性甲醇所表现出的质量化学活性是商业铂碳的 倍,电化学活性面积也是
商业铂碳的 倍,同时对于抑制 CO 的中毒的性能也比商业 E-TEK(Pt/C)有明显的提高。
(3)以 Si 纳米粉作为载体,通过化学镀的方法在其表面部分沉积纳米 Au 颗粒后,再通
过欠电位的方法在 Au 颗粒表面沉积 Pt。通过测试表征发现单层 Pt 覆盖的 Au/Si 催化剂对于甲
醇的质量电催化活性是商业 E-TEK(Pt/C)的 8 倍,相比于不同层数的 Pt,单层时 Pt 的质量利用
率最高,该单层 Pt 负载 Au/Si 催化剂对于抑制 CO 的中毒的性能也比商业 E-TEK(Pt/C)有明显
的提高。
关键字:燃料电池,Pt 催化剂,欠电位,甲醇氧化,单层 Pt,电化学性能







I
新型低铂燃料电池催化剂的制备及电催化性能研究
Abstract
Proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs) have been considered as a promising energy
converter and will have much development in near future due to its high power density. But
commercialization of PEMFC has been seriously hindered