层级多孔碳载铂催化剂的制备及可达性

作者：罗昪; 周芬^*; 潘牧

来源：高等学校化学学报, 2022, 43(04): 86-94.

• 层级多孔碳
• 可达催化剂
• 质子交换膜燃料电池

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/XC-72), 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·cm2, 为 Pt/XC-72 的 3 倍 . Pt/NHPC850 制备的膜电极极化曲线在 500 mA/cm2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.

• 单位
  材料复合新技术国家重点实验室; 武汉理工大学