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钴-聚吡咯-碳载PtNi燃料电池催化剂的制备及应用
  • ISSN号:1000-6818
  • 期刊名称:Acta Physico - Chimica Sinica
  • 时间:2015.11.15
  • 页码:2131-2138
  • 分类:O646[理学—物理化学;理学—化学] 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
  • 相关基金:国家自然科学基金(21276199); 中央高校基本科研业务费专项资金; 同济大学青年英才计划攀登高层项目资助
  • 相关项目:质子交换膜燃料电池M@Pt/C核壳结构电催化剂的制备及衰减机理研究
中文摘要:

采用脉冲微波辅助化学还原合成新型载体钴-聚吡咯-碳(Co-PPy-C)负载PtNi催化剂.利用透射电镜(TEM)和X射线衍射(XRD)研究了催化剂的结构和形貌,此外,利用循环伏安(CV)和线性扫描伏安(LSV)等方法测试了催化剂的电化学活性及耐久性.PtNi/Co-PPy-C催化剂的金属颗粒直径约为1.77 nm,催化剂在载体上分布均匀且粒径分布范围较窄.XRD结果显示,PtNi/Co-PPy-C中Pt(111)峰最强,Pt主要是面心立方晶格.CV结果显示,其电化学活性面积(ECSA)为72.5 m2 g–1,明显高于商用催化剂Pt/C(JM)的56.9 m2 g–1.为进一步考查催化剂耐久性,电化学加速5000圈耐久性测试后,PtNi/Co-PPy-C颗粒发生明显集聚,ECSA衰减率和0.9 V下比质量活性衰减率分别为38.2%和63.9%.此外,采用有效面积为50 cm2的单电池用于评价自制催化剂的性能,发现在70℃且背压为50 kPa时电池的性能最好,此时自制PtNi/Co-PPy-C催化剂制备膜电极(MEA)的最大功率密度达到523 mWcm–2.可见自制催化剂的电化学性能高于商用Pt/C(JM),在质子交换膜燃料电池(PEMFC)领域有一定的应用前景.

英文摘要:

By using pulse-microwave assisted chemical reduction,we prepared a Pt-Ni alloy supported on a cobalt-polypyrrole-carbon(Co-PPy-C) catalyst.The catalyst microstructure and morphology were characterized by using transmission electron microscopy(TEM) and X-ray diffraction(XRD).The electrocatalytic performance and durability of the catalysts were measured with cyclic voltammetry(CV) and linear sweep voltammetry(LSV).The metal particles were well dispersed on the carbon support,and the particle size of PtNi/Co-PPy-C was about 1.77 nm.XRD showed that the Pt(111) diffraction peak was strongest,so the most of the Pt in the catalysts was in a face-centered cubic lattice.The electrochemical surface area(ECSA) of PtNi/Co-PPy-C(72.5 m~2·g~(-1)) was higher than that of Pt/C(JM)(56.9 m~2·g~(-1)).After an accelerated durability test for 5000 cycles,the particle size of PtNi/Co-PPy-C obviously increased.The degradation rate of ECSA and the mass activity(MA) of PtNi/Co-PPY-C were 38.2%and 63.9%,respectively.We applied the PtNi/Co-PPy-C catalyst after optimizing the membrane electrode assembly(MEA) with an area of 50 cm~2.The fuel cell could be suitably operated at 70 ℃ with a back pressure of 50 kPa.At these conditions,the maximum power density of MEA by PtNi/Co-PPy-C was 523 mW·cm~(-2).The excellent performance of PtNi/Co-PPy-C makes it a promising catalyst 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