铂碳纳米管和铂钌碳纳米管催化剂TEM图
用碳纳米管代替碳粉作载体制备燃料电池催化剂已经得到了广泛的研究, 一般来说, 这种催化剂的活性远远高于采用炭黑做载体制得的催化剂,同时,由于碳纳米管具有比炭黑更好的有序性, 所以其耐氧腐蚀性能要比炭黑好得多. 基于这些原因,碳纳米管用作燃料电池催化剂载体的研究受到了广泛关注. 然而, 普通的碳纳米管尺度太长, 将碳纳米管做载体的催化剂用于膜电极制备时, 容易出现可能是碳纳米管缠绕而引起的聚集, 以及分散较为困难等问题. 这些事实上阻碍了碳纳米管为载体的催化剂在燃料电池中的应用.
将长的碳纳米管切短至适宜长度的研究工作已有一些研究报道, 报道的方法包括: 酸处理法,氧化法、球磨法、热力学低温法、平版印刷法、湿化学法等, 如Bao课题组采用一定浓度68%(w)HNO3在140℃反应14 h, 实现了将长碳纳米管化学剪裁至200-500 nm, 他们将铁催化剂活性粒子均匀地分散在碳管管腔内、外, 以费托合成为探针反应,研究了切短碳纳米管的作用和影响.
尽管有许多关于如何切短和裁剪碳纳米管的研究报道,但只有唐亚文等报道将碳纳米管用硝酸氧化处理变短后, 做催化剂活性组分Pt的载体时, 甲醇氧化峰电流密度是未经处理碳纳米管做载体的催化剂活性的2倍.
华南理工大学化学化工学院廖世军等人采用乙醇为助磨剂, 利用球磨的方法将5-15μm长的多壁碳纳米管切短成长度约为200 nm, 并且分布较为均匀的短碳纳米管(SCNT).以SCNT为载体,采用有机溶胶法制得了含铂20%(w)的Pt/SCNT 及PtRu/SCNT催化剂.实验发现:对于甲醇的阳极电氧化过程, 以切短碳纳米管为载体的Pt/SCNT催化剂具有比相同条件制得的Pt/CNT催化剂高得多的催化活性, 前者甲醇氧化峰电流密度是后者的1.4倍, 并且远远高于商品的Pt/C催化剂. 同时发现添加了钌的PtRu/SCNT具有比不含钌的催化剂更好的活性. 采用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、比表面积分析(BET)等方法对催化剂进行表征, 结果表明, 切短碳纳米管的晶相结构并未改变, 但Pt/SCNT和PtRu/SCNT催化剂的比表面积和电化学活性得到了显著的提高.