朱勇, 顾军, 于涛, 何海佟, 姚睿

无机材料学报 2021, 36 (3): 299-305. DOI:10.15541/jim20200253

摘要（834）

HTML （42）

PDF（pc）（5787KB）（1554）

研制高活性的电催化剂是实现质子交换膜燃料电池的商业化应用必须解决的关键技术之一。本研究以三乙胺为碱性络合剂、硼氢化钠为还原剂, 采用液相合成法制备PtCo纳米合金电催化剂, 再通过高温热处理实现最佳电化学性能。采用各种表征方法对催化剂的微观结构及电化学性能进行测定, 探究硼氢化钠、三乙胺的添加量及高温热处理对催化剂电化学性能的影响。结果显示, 适量的硼氢化钠可提升催化剂的电化学活性面积, 三乙胺可以改变催化剂的质量活性, 高温热处理能有效提升催化剂的质量活性, 极大提升催化剂的氧还原反应(ORR)能力; 在同一测试体系下, 添加100 mg硼氢化钠及100 μL三乙胺在500 ℃高温热处理条件下制备的PtCo纳米合金电催化剂的质量活性达到133 mA/mg_Pt, 是田中贵金属工业株式会社(TKK)商用PtCo合金催化剂的3倍。

图3为Pt_2.8Co/C-500的能量色散X射线光谱图(EDS)。由图可见, Co与Pt元素分布较为均一, 且元素分布区域与选定区域相同, 进一步说明成功合成了PtCo合金纳米电催化剂。此外, 图S1为Pt_2.8Co/C-500的能谱图, 可观察到金属Pt的峰强度明显超过金属Co, 峰面积也更大, 证明催化剂中Pt比Co的相对含量更高, 这与图3(c, d)的元素分布情况一致。

图4(b)为添加不同三乙胺制备的DTL-Pt_2.8Co/C催化剂的MA。当加入三乙胺量为90~110 μL时, 所制备的DTL-Pt_2.8Co/C的MA有明显提升。如图S3所示, 当三乙胺的添加量为100 μL时, DTL-Pt_2.8Co/C催化剂的半波电位比TKK-PtCo/C 合金催化剂更高, 通过LSV曲线计算得到DTL-Pt_2.8Co/C的MA达到54.2 mA/mg_Pt, 高于TKK-PtCo/C(44.3 mA/mg_Pt)。加入适量的三乙胺可以提升催化剂的ORR能力, 与Yang等[22]的研究结论相符合。三乙胺可与酸进行反应, 如与氯化氢(HCl)结合成三乙胺盐酸盐[23]。在前驱液中, 三乙胺与氯铂酸反应生成有机复合络合物, 能均匀地分布在碳基上, 形成浑浊悬浮的胶体溶液, 有助于金属颗粒均一地负载在碳黑上, 从而极大影响金属颗粒的生长过程, 提升金属颗粒的电催化性能[24]。