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纳米碳纤维载铂作为质子交换膜燃料电池阳极催化剂
  • ISSN号:1000-6818
  • 期刊名称:《物理化学学报》
  • 时间:0
  • 分类:O643[理学—物理化学;理学—化学]
  • 作者机构:[1]同济大学新能源汽车工程中心,上海201804, [2]同济大学汽车学院,上海201804, [3]联合汽车电子有限公司技术中心,上海201206, [4]华东理工大学资源与环境工程学院,上海200237
  • 相关基金:国家自然科学基金(21006073)、上海市青年科技启明星计划(11QA1407200)、上海市重点学科(B303)和化学工程联合国家重点实验室开放基金(SKL-ChE-08C07)资助项目
中文摘要:

采用化学还原法合成了微结构不同的纳米碳纤维(板式、鱼骨式、管式)载铂催化剂(分别记为Pt/p-CNF、Pt/f-CNF、Pt/t—CNF).通过高分辨透射电镜(HRTEM)和X射线衍射(XRD)等分析技术对催化剂的微观结构进行了表征,并利用循环伏安(CV)法分析了催化剂的电化学比表面积(ESA).在此基础上,制备了膜电极(MEA),通过单电池测试了催化剂的电催化性能.结果表明:铂纳米粒子在不同的纳米碳载体上表现出不同的粒径,在板式、鱼骨式和管式纳米碳纤维上的铂纳米粒子平均粒径分别为2.4、2.7和2.8nm.板式纳米碳纤维载铂催化剂作单电池阳极时表现出良好的电催化性能,其对应的最高功率密度可达0.569W·cm^-2,高于鱼骨式纳米碳纤维载铂催化剂和管式纳米碳纤维载铂催化剂对应的最高功率密度(分别为0.550和0.496W·cm^-2).同时,也制备了碳黑(Pt/XC-72)载铂催化剂.相比于Pt/XC-72,纳米碳纤维载体上的铂纳米颗粒有较小的粒径、较好的分散和较高的催化活性,说明纳米碳纤维是质子交换膜燃料电池(PEMFCs)催化剂的良好载体.

英文摘要:

Pt nanoparticles supported on carbon nanofibers (Pt/CNFs) with different microstructure, i.e., platelet CNF (Pt/p-CNF), fish-bone CNF (Pt/f-CNF), and tubular CNF (Pt/t-CNF) were synthesized by a chemical reduction method. X-ray diffraction (XRD) and high resolution transmission electron microscope (HRTEM) were applied to characterize the structure of the as-prepared catalysts. The electrochemical surface area (ESA) was studied by cyclic voltammetry (CV). Membrane electrode assemblies (MEAs) with the as-prepared catalysts were fabricated and tested. We found that Pt nanoparticles showed different particle size and dispersion on the three kinds of CNF supports and the mean size of the Pt nanoparticles on p-CNF, f-CNF, and t-CNF was 2.4, 2.7, and 2.8 nm, respectively. Single cell testing indicated that the cell with Pt/p-CNF as the anode catalyst gave better performance compared to Pt/f-CNF and Pt/t-CNF. The maximum power density was 0.569 W. cm-2 for Pt/p-CNF, which was higher than that for Pt/f-CNF (0.550 W. cm-2) and Pt/t-CNF (0.496 W-cm-2). Furthermore, Pt nanoparticles supported on carbon black (Pt/XC-72) were also prepared. Pt nanoparticles supported on CNFs have been shown to have a smaller particle size and better dispersion than those on XC-72, and this proves that CNFs can be an efficient electrocatalyst support for proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs).

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期刊信息
  • 《物理化学学报》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国科学技术协会
  • 主办单位:北京大学化学与分子工程学院承办
  • 主编:刘忠范
  • 地址:北京大学化学楼
  • 邮编:100871
  • 邮箱:whxb@pku.edu.cn
  • 电话:010-62751724
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-6818
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1892/O6
  • 邮发代号:82-163
  • 获奖情况:
  • 中文核心期刊
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国科学引文索引(扩展库),英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),英国英国皇家化学学会文摘,中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:24781