質(zhì)子交換膜燃料電池陰極非貴金屬催化劑制備及性能研究.pdf

1、質(zhì)子交換膜燃料電池具有可在室溫下迅速啟動、無電解液流失、壽命長、比能量高等優(yōu)點(diǎn)從而成為最有潛力的新能源，然而價(jià)格高昂的陰極鉑催化劑大大地限制了其在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中的應(yīng)用。研究表明過渡金屬硫族化合物具有與20％ Pt/C催化劑相當(dāng)?shù)碾姶呋钚院头€(wěn)定性，且其電催化選擇性優(yōu)于20％ Pt/C催化劑。由于過渡金屬硫族化合物具有制備方法簡單、反應(yīng)條件溫和及價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)，因而受到了人們的廣泛關(guān)注。
　　 過渡金屬硫族化合物的制備方法主

2、要有共沉淀法、溶劑熱法、原位合成法及氫氧化物前驅(qū)體法。溶劑熱法具有原料易得、反應(yīng)條件易于控制、產(chǎn)品粒徑均一等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于硫族化合物的制備。本論文采用溶劑熱法制備了20％ NiS2/C、20％ CoS2/C和20％ CoS/C三種質(zhì)子交換膜燃料電池陰極催化劑，并對這些催化劑的組成、結(jié)構(gòu)和形貌進(jìn)行了詳細(xì)的表征，考察了煅燒溫度、摻雜及顆粒尺寸對催化性能的影響規(guī)律。
　　 本論文研究內(nèi)容和研究結(jié)果如下:
　　 1.采用溶劑熱

3、法制備了高分散的20％ NiS2/C納米催化材料，優(yōu)化了反應(yīng)條件，采用XRD、HRTEM、CV、LSV及i-t等測試手段對20％ NiS2/C的結(jié)構(gòu)、形貌及電催化性能進(jìn)行了詳細(xì)的表征。研究結(jié)果表明20％ NiS2/C在200℃煅燒后晶型發(fā)生了轉(zhuǎn)變，其電催化活性和穩(wěn)定性較差，但催化選擇性遠(yuǎn)高于20％ Pt/C催化劑。
　　 2.以CTAB表面活性劑為結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑，通過水熱法制備了球狀高分散20％ CoS2/C納米催化材料，采用XRD

4、、HRTEM、CV、LSV及i-t等測試方法對20％ CoS2/C的結(jié)構(gòu)、形貌及電催化性能進(jìn)行了詳細(xì)的表征。研究發(fā)現(xiàn)20％ CoS2/C催化劑的電催化活性和穩(wěn)定性與20％ Pt/C催化劑相當(dāng)，催化選擇性遠(yuǎn)高于20％ Pt/C催化劑;改變Co2+的濃度可以調(diào)變CoS2的顆粒尺寸，20％ CoS2/C電催化活性隨CoS2粒徑的減小而顯著提高;Ni摻雜可提高20％ CoS2/C的催化活性，且CoS2/C的催化活性隨Ni摻雜量的增加而增高;而煅

5、燒則降低了20％ CoS2/C的催化活性。
　　 3.利用溶劑熱法制備了高分散的20％ CoS/C納米催化材料，對反應(yīng)條件進(jìn)行了優(yōu)化，通過XRD、HRTEM、CV、LSV以及i-t等測試手段對20％ CoS/C的結(jié)構(gòu)、形貌和電催化性能進(jìn)行了考察。研究發(fā)現(xiàn)20％ CoS/C催化劑具有優(yōu)異的催化活性、選擇性和穩(wěn)定性，其催化選擇性遠(yuǎn)高于20％Pt/C催化劑，穩(wěn)定性與20％ Pt/C相當(dāng);經(jīng)煅燒后，其電催化活性得到明顯提高，且隨煅燒溫度