李梅
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陈泽霖
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张华
材料保护
与脉冲电沉积及恒流电沉积法相比,恒电位电沉积制备的电催化剂具有更优异的性能,目前很少用此法制备质子交换膜燃料电池用Pt-Ni合金催化剂.采用电化学还原法在多孔碳布及玻碳电极表面恒电位电沉积Pt-Ni合金催化剂.用X射线衍射(XRD)、能量色散谱(EDS)和扫描电镜(SEM)等对Pt-Ni合金催化剂的微观结构、组分和形貌进行了表征,并用循环伏安(CV)曲线评价了其电催化活性.研究了电沉积参数(沉积电位、电解液温度和沉积时间)对Pt-Ni合金催化剂的微观结构和电催化活性的影响.结果表明:沉积电位影响合金催化剂形核速度,引起微观结构不同,电解液温度影响着催化剂的成核和生长,沉积时间影响着Pt-Ni合金的沉积量;沉积电位为-0.35 V,电解液温度为50℃,沉积时间为15 min时,Pt-Ni合金催化剂均匀地分散于碳载体表面,粒径大约为11.9 nm,具有最大的电化学活性表面积(EASA),达44.19 m2/g,电催化活性最好.
关键词:
恒电位沉积
,
Pt-Ni合金
,
催化剂
,
电催化活性
,
沉积电位
,
电解液温度
,
沉积时间
陈泽霖
,
张华
表面技术
doi:10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2015.07.010
目的：通过对电沉积过程中基体亲水性及电解液温度参数的控制,实现对Pt-Ni催化剂的形貌及催化性能的控制。方法采用恒电压沉积技术制备Pt-Ni合金催化剂。利用5%(质量分数) Nafion对多孔碳布基体表面进行亲水修饰,并控制电解液温度,合成具有不同形貌的Pt-Ni合金催化剂。利用X射线衍射( XRD)、扫描电子显微镜( SEM)、能量色散谱( EDS)、循环伏安( CV)、单电池极化性能等测试技术对制备的催化剂进行物理及电化学表征。结果碳布基体表面经适量的Nafion修饰后,电沉积制备的合金催化剂颗粒细小,分布均匀。当碳布基体表面修饰的Nafion含量达到0.8 mg/cm2时,催化剂单电池极化性能最佳。另外,较高电解液温度下制备得到的球状形貌具有更大的电化学活性表面积( ECSA),更高的催化活性,优于较低温下制备的“雪花”状催化剂的性能。其中,50℃下电沉积制备的Pt-Ni合金催化剂ECSA达到47.6 m2/(g Pt),单电池运行过程中最大功率密度达到77.8 mW/cm2,具有最高的催化活性。结论适量Nafion修饰后的亲水多孔碳布基体上电沉积Pt-Ni合金催化剂性能更加优越。电解液温度的控制对恒电压沉积的Pt-Ni合金表面形貌控制有重要意义。
关键词:
电化学活性表面积
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Pt-Ni合金
,
氧还原
,
质子交换膜燃料电池
