层级多孔碳载铂催化剂的制备及可达性

摘要

层级多孔碳作为氧还原铂基催化剂载体的选择之一,简单的旋转圆盘电极(RDE)验证此类催化剂具有较高的氧还原活性,但几乎都缺少膜电极(MEA)性能验证,实用性无法保证.本文设计制备了基于聚苯胺的层级多孔碳(NHPC)载铂催化剂(Pt/NHPC850),研究了其氧还原活性、MEA质子传输和氧传输特性.RDE测试研究表明,Pt/NHPC850催化剂在低I/C(离聚物与碳载体质量比)时的面积活性低于实心碳载铂催化剂(Pt/XC72),但当I/C增大到与膜电极中一致时,由于Nafion树脂对Pt催化剂的毒化作用增强,其面积活性反而优于Pt/XC-72.Pt/NHPC850催化剂的高Pt分散性及其优异的抗Nafion毒化性能,使其在I/C为0.8时的质量活性为Pt/XC-72催化剂的1.34倍.MEA质子传输研究表明,即使在高加湿条件下,Pt/NHPC850质子电阻率仍高达72.6 mΩ·cm^(2),为Pt/XC-72的3倍.Pt/NHPC850制备的膜电极极化曲线在500 mA/cm^(2)电流密度下性能迅速下降,Pt/NHPC850的氧增益电压达到144.4 mV,比Pt/XC-72高56.7 mV.表明Pt/NHPC850膜电极的质子传输和氧传输性能较差.对比Pt/NHPC850催化剂的RDE和MEA的测试结果,说明以层级多孔碳为载体的铂碳催化剂虽然耐Nafion毒化能力提高,但是质子和氧气的氧传输性较差,此类层级多孔碳还需进一步优化其结构,才有可能满足低铂质子交换膜燃料电池(PEMFC)的应用需求.