质子交换膜燃料电池催化剂组件BN催化剂设计(5)_毕业论文

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质子交换膜燃料电池催化剂组件BN催化剂设计(5)

孙等人报道了一个简单的,但一般的方法,在 300℃的油胺下,通过还原 M(acac)2

和 Pt(acac)2(acac 为乙酰丙酮)来分散 Pt-M(M:Fe,Co,Ni,Cu,Zn)纳米颗粒[14]。

(2)核-壳结构催化剂 陈等人展示了有着贵金属壳的催化剂可可以通过改变其表面覆盖度来调整氧气

还原反应的电催化性能[15]。他们通过一系列覆盖在约 5 nm 大小的 Ni 纳米颗粒上沉 积不同量的 Pt,合成了碳载 Ni@Pt 核-壳纳米粒子催化剂(Ni@Pt/ C)。

(3)各向异性的催化剂

维等人发表了报道,他们设计并合成 Pt/C@PANI 核-壳结构催化剂,并表明对 氧还原反应的活性在很大程度上依赖于聚苯胺壳的厚度[16]。

三、支持强化的催化剂 迈尔霍费尔和舒等人报道了介孔结构的石墨碳是支持空心石墨球(硫化汞)的 [17]。 维等人发现,在纳米铂颗粒和巯基化碳之间(铂/碳纳米管)会形成强烈的相互

作用,会导致铂溶于高电位的耐受性显着增强[18]。

1。4。2 非 Pt 催化剂

一、便宜贵金属催化剂

为替代 Pt 基催化剂,钯(Pd)[19]、铱(Ir)[20]、钌(Ru)[21]和银(Ag)[22]基催 化剂已被广泛的研究。其中,在与其他金属催化剂相比,由于其具有相对较高的氧气 还原反应活性,稳定性,丰富性和低成本,Pd 已得到相当的重视[23-25]。由于 Pd(每 盎司 654。1 美元)比 Pt(每盎司 1796。9 美元)更低的价格,因此,从 Pt 与 Pd 基催化 剂的切换可以大大降低燃料电池的成本[26]。然而,在同样的条件下,传统的 Pd 纳米 粒子的氧气还原活性比 Pt 纳米颗粒至少低了五倍,这阻碍着它直接作为一种有效的 ORR 催化剂[26,27]。由于可以通过类似于 Pt 基电催化剂的情况,适当的修改其电子结 构来改进其的催化性能。一种改进 Pd 电子结构的方法是在 Pd 中添加其它金属[28]。 在对有着一系列核心金属的 1 纳米 Pd 壳上对氧的解离吸附的热力学的研究中,结果 表明,协调电荷的分配与表明的改变 Pd 壳的 d 带中心,并且,氧解离吸附能也改变。 因此,在催化氧气还原反应上,铜-钯,钴-钯,钼-钯的核-壳结构系统可能类似于 Pt 基催化剂。

通过 DFT 计算,卢和孙等人推测 M-CuPd(M=Ag,Au)的核-壳结构的 NPs 与 0。8 或 1。2 纳米的 CuPd2 的壳相似,并且,在催化氧气还原反应上,最佳的表面应变 和组成而产生的性能可能优于 Pt。用 1。1 和 0。75 纳米壳来合成 Ag/Cu37Pd63 和 Au/Cu40Pd60 催化剂有着比商业化的铂催化剂更具催化效率[29]。

库尼斯曼和他的同事制作了与商业铂纳米粒子相比,具有着优越的催化性能的

Pd9Au 纳米丝带[30]。 二、非贵金属催化剂

(1)过渡金属-氮-碳催化剂

在各种非贵金属的氧气还原反应催化剂中,由于它们低廉的价格、活性、耐久性 和抗甲醇交叉效应高等特点,过渡金属-氮-碳(M-N-C)配合物或复合材料是最具前 景倍受关注的材料。

对过渡金属-氮-碳的 ORR 催化剂的研究,在 1964 年就开始了,当时雅辛斯基等 人发现酞菁钴有催化氧气还原的活性。后来,耶格等人通过对 non-N4 大环化合物的 热解,发现了第一个用于催化氧气还原反应的过渡金属-氮-碳复合材料[31]。之后,基 于不同的金属/氮/碳的众多的高效的氧气还原的催化剂不断被发现。除了金属-N4 大环 化合物外,无机氮源(氨气、叠氮化钠),有机小分子(乙腈、吡咯、咪唑等)和含 氮聚合物(三聚氰胺树脂、聚苯胺、聚多巴胺等)也是常用的氮源。文献综述

与其它的氮源相比,含氮聚合物在热处理过程中,会形成一个比小分子氮源更有 序,从而更稳定的碳基的活性层。于是,开始使用聚吡咯来作为氮源;但很快发现, 聚苯胺衍生的催化剂更具备活性和稳定性。Zelenay 小组以聚苯胺为模板制备了铁和 钴的催化剂。他们发现,聚苯胺-Fe-C 催化剂比聚苯胺-Co-C 催化剂具有的 ORR 活性 更高。于是,在国家最先进的碳载铂的支持下,当聚苯胺–FeCo–C 催化剂处在电位 在 B60 MV 时,结合非贵金属催化剂的高活性、稳定性(700 小时中,燃料电池的电 压为 0。4 伏)和以及优良的四电子选择性(过氧化氢产量为 1。0 %),燃料电池试验 中的催化性能最佳。 (责任编辑:qin)