Pt纳米线阵列的SEM图
化石燃料的过度消耗, 造成了日益严重的能源危机和环境恶化. 近十多年来, 作为新能源技术重要代表的燃料电池引起了人们的广泛关注, 其中质子交换膜燃料电池(PEMFC)因其具有工作温度低、比功率高、寿命长等优点而迅速发展起来, 在航天、军事、能源和交通等领域都有极广泛的应用前景.
在PEMFC运行中, 阴极的氧还原反应(ORR)动力学比较缓慢, 造成过电势损失, 降低了燃料电池的效率. 目前, Pt是最有效的催化剂.现在被广泛使用的Pt/C催化剂, 造价高且由于碳载体的腐蚀,会导致催化剂失活. 阴极ORR性能主要决定于各相传质的过程, 而Pt/C中大尺寸的碳载体增加了催化层的厚度, 从而影响传质的速度和反应速度. 为了提高催化剂性能, 优化催化剂结构也是必要的. 近年的一些研究表明新型结构催化剂可以有效提高
Pt利用率及其催化性能. 例如美国3M公司合成的纳米薄膜催化剂, 因为特殊的结构以及Pt高活性面积, 使得催化剂性能得到很大提高. Zhang等制备的多孔纳米线, 其一维的多孔结构表现出很好的电催化性能. Chen等置换反应合成Pt和PtPd纳米管, 也证明一维纳米催化剂有着比Pt/C催化剂更强的催化活性. 因此一维结构催化剂成为当前的研究热点, 但是具体的增强效应机制还不明确.
武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室潘牧等人采用阳极氧化铝(AAO)模板法电化学沉积制备了Pt纳米线阵列(Pt NWs)氧还原催化剂, 通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和电化学测试对Pt纳米线阵列催化剂的形貌和电催化性能进行了表征.循环伏安法(CV)研究表明Pt纳米线阵列催化剂的电化学活性面积大于其几何面积; 旋转圆盘电极(RDE)测试研究发现, 制备的Pt纳米线阵列催化剂的氧还原反应(ORR)曲线的半波电势相对Pt/C的有正移, 并且Pt纳米线阵列催化剂的极限扩散电流比Pt/C大.