电化学还原制备铂-氢钨青铜阳极.pdf

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1、第28卷第12期应用化学Vo1．28Iss．122011年12月CHINESEJOURNALOFAPPLIEDCHEMISTRYDeC．20l1电化学还原制备铂一氢钨青铜阳极杨勇赵文文施庆乐张华(南京工业大学材料科学与工程学院南京210009)摘要用电化学还原法在炭布上电沉积铂一氢钨青铜复合催化剂作为质子交换膜燃料电池(PEMFC)阳极。利用x射线衍射、扫描电子显微镜、单电池极化性能测试以及电化学阻抗谱(EIS)法研究了催化剂的组成、分散性及其对氢氧化的电催化性能。实验结果表明，阴极还原顺序对催化剂的形貌及分散有较大的影响。采用

2、分步还原法制备的HWO，／Pt电极(先沉积铂，后沉积氢钨青铜)对氢氧化具有较高的催化活性，氢钨青铜与铂形成协同催化效应，提高了铂对氢氧化的催化活性。而共沉积制备的n-HWO，催化剂的电催化活性较差，这是因为共沉积过程中，由于受到2种电解液共存的影响，电极催化层中没有或较少得到氢钨青铜，且铂催化剂出现明显的团聚现象。关键词电化学还原法，氢钨青铜，阳极，质子交换膜燃料电池中图分类号：0646文献标识码：A文章编号：1000-0518(2011)12—1408-07DOI：10．3724／SP．J．1095．2011．00758质子交

3、换膜燃料电池(PEMFC)具有反应温度低、能量密度大、效率高和无污染等优点，使其在便携式电源、动力电源及发电站等领域有着广泛的应用前景。传统催化剂以铂为主要成分、，铂的成本高一直是制约PEMFC发展的一大问题，因此如何降低铂的使用量，并进一步提高催化活性是这一领域的研究热点。添加辅助催化剂是降低铂使用量、提高其催化活性的有效途径1。氢钨青铜(HWO，，0≤≤1)为非化学计量化合物，拥有六元、五元或四元环孔道，且沿(001)方向形成一维孔道，具有特殊的空间隧道结构_7]。氢钨青铜的这种结构有利于离子的脱嵌与交换，使其具有给予和接受

4、质子的能力。氢钨青铜作为辅助催化剂与铂结合，其提供质子时可以促进铂对氧还原的催化作用，接受质子时可以提高铂对甲醇等有机小分子氧化的催化作用]。氢的氧化属于给出质子的电荷交换过程，氢钨青铜可接受质子以增强铂对氢氧化的催化活性，因而其作为质子交换膜燃料电池阳极催化材料的研究将具有较大的应用前景。氢钨青铜的制备方法及应用已有较多报道m，其中李伟善等’”利用循环伏安法，在玻炭电极表面还原制备了氢钨青铜及铂．氢钨青铜的复合电催化剂，并研究了其电催化性能。但该实验中获得的样品量较少，且不易进行催化剂样品的分离提取操作，从而制约了将该催化剂样

5、品作为电极催化剂进行单电池性能测试，以进一步研究其实际应用，最终也难以实现其作为电极催化材料在PEMFC中的商业化应用。针对这一问题，本研究采用电化学还原法在炭布上直接电沉积还原铂、氢钨青铜，并进一步将担载了催化剂样品的炭布作为PEMFC阳极，组装成单电池进行性能测试。通过采用不同电化学还原顺序制备电极并进行单电池性能测试，确定制备具有较高催化活性电极的工艺途径，并探究氢钨青铜与铂的协同催化机理。1实验部分1．1试剂和仪器炭布为E-TEK公司产品，氯铂酸(H：PtC1·6H：0，分析纯，国药集团化学试剂有限公司)，钨酸钠2010

6、—12-24收稿，2011一D4_23修回江苏高校优势学科建设工程资助项目通讯联系人：张华，教授；Tel：025—83587259；Fax：025~3587126；E—mail：huazhang@njut．edu．cn；研究方向：能源材料第12期杨勇等：电化学还原制备铂一氢钨青铜阳极(NaWO·2HO，分析纯，国药集团化学试剂有限公司)，硫酸(Hs0，分析纯，上海化学试剂有限公司)。所有溶液均由去离子水配制。样品制备在常用三电极电解池进行，电化学性能表征在PrincetonAppliedResearch的PARSTAT2273型

7、电化学综合测试仪上进行，催化剂形貌和分散效果采用日本电子公司JSM-5900型扫描电子显微镜进行观察，采用13本理学公司DMax／RB型x射线衍射仪对催化剂进行表征。1．2电极的制备采用三电极体系，以带有过渡层的炭布为工作电极，表面涂覆有绝缘漆的银丝为导电连接体，利用自制陶瓷夹具将银丝与炭布紧密接触并固定，铂片为对电极，饱和甘汞电极(SCE)为参比电极。利用阴极电化学还原法在炭布上直接电沉积制备铂、氢钨青铜。实验所用炭布的有效面积为1em，实验过程中向电解液中不断通人N：气。具体制备工艺如下：1)在三电极体系中，以O．5mmol

8、／LH：PtC1+2mol／LH：SO溶液为电解液，在一0．145V下恒压3600S，于炭布上电沉积铂，制得Pt电极；2)以4mmol／LNa：WO+2mol／LH：SO溶液为电解液，实验条件同上，电沉积氢钨青铜，制备HWO电极；3)以步骤1)制备的Pt电极为基