碳載鈷酞菁氧還原電催化劑研究.pdf

1、摘要摘要質(zhì)子交換膜燃料電池(ProtonExchangeMembraneFuelCell，簡稱PEMFC)是一種新型、清潔能源，它可以在等溫條件下直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，具有啟動快、安全、壽命長及能量密度高等優(yōu)點，是便攜式電源、移動動力電源等多種領(lǐng)域內(nèi)的理想發(fā)電裝置。然而，PEMFC的電池性能主要受到陰極氧還原電催化劑及其電極結(jié)構(gòu)的影響。因此，本文研究了碳載鉆酞著(CoPcC)作為陰極氧還原電催化劑，同時將其應(yīng)用到氧電極的制備，優(yōu)化氧電

2、極結(jié)構(gòu)。為降低燃料電池成木，促進PEMFC商業(yè)化提供理論依據(jù)。采用循環(huán)伏安法及線性電位掃描法研究了碳載鉆酞首催化劑的氧還原電催化活性，發(fā)現(xiàn)經(jīng)700℃熱解的CoPcC催化劑活性最好。對碳載鉆酞普催化劑(CoPcC)表面形貌進行SEM表征，發(fā)現(xiàn)經(jīng)500℃熱解后的催化劑，有小顆粒存在。700℃熱處理過的樣品顆粒變得更為細小、均勻，經(jīng)900℃處理后，顆粒燒結(jié)，變?yōu)楹谏珘K狀物。熱處理溫度對催化劑的氧還原催化活性影響很大。當溫度從500℃升高到70

3、0℃時，顆粒變小，比表面積增大，氧還原催化作用加強。當溫度繼續(xù)升高到900℃時，顆粒消失，變?yōu)閴K狀物，使催化劑面積利用率降低，減弱了催化劑的催化活性。研究了粘結(jié)劑及催化劑載量對電極性能的影響，Nafion溶液作粘結(jié)劑的電極性能在低電流密度區(qū)優(yōu)于用聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylenePTFE)粘結(jié)的電極但在高電流密度區(qū)，PTFE作粘結(jié)劑的電極性能優(yōu)于Nafion粘結(jié)的電極，這與電解質(zhì)溶液的滲透有關(guān)。對氧電極結(jié)構(gòu)迸行優(yōu)

4、化，結(jié)果表明電極性能在PTFE含量為25%時最佳，催化劑載量5mgcm2時最佳。用交流阻抗譜研究了催化氧還原的電極反應(yīng)動力學(xué)，并提出了等效電路。發(fā)現(xiàn)Nafion粘結(jié)的氧電極與PTFE粘結(jié)的氧電極動力學(xué)參數(shù)不同，它們的差異可能是山于電極潤濕度不同造成的。探討了疏水性電極的氧還原過程，結(jié)果表明，用PTFE粘結(jié)的氧電極是由電荷轉(zhuǎn)移反應(yīng)和吸附過程控制，而其中電荷轉(zhuǎn)移反應(yīng)是主要控制的步驟。關(guān)鍵詞氧還原電催化劑氧電極:交流阻抗Abstractres

5、ultindicatedthattheelectrodewith25wt%forPTFEcontentand5mgcmzforcatalystloadingshowsthebestperformance.TheelectrodereactionkineticsofcatalyticoxygenreductionwereinvestigatedwithACimpedancespectroscopyaequivalentcircuitrep

6、resentstheelectrodewasproposed.ItwasfoundthattheparametersofthereactionkineticsforPTFEbondedelectrodeandforNafionbondedelectrodeweredifferentthismayduetotheirwithdifferentwetabilities.Theprocessofhydrophobicelectrodeforo

7、xygenreductionwasstudiedtheresultsshowedthattheoxygenreductiononthePTFEbondedelectrodeisdominatedbychargetransferandadsorptionprocesswhilethechargetransferprocessistheratecontrolledstep.keywordsoxygenreductionelectrocata