碳载体铂铁合金催化剂用于燃料电池的性能
氢是一种理想的含能体能源。面对20世纪化石能源的过分使用给全球带来的能源枯竭和环境灾害,氢能的全面开发已成为21世纪人类的共识。随着制氢、氢能储运及燃料电池技术的发展,氢能必将成为其他新能源和可再生能源的最佳能源载体。质子交换膜燃料电池是实现氢能广泛应用的理想能量转换装置。它的关键材料之一是电极催化剂,其活性直接影响电池的性能。贵金属铂具有卓越的催化性能,长期以来一直被视作理想的PEMFC电催化剂。但由于铂在地壳中的含量有限,价格昂贵,且铂在电池中的利用率达不到令人满意的效果,这使得PEMFC离商业化应用还有一定的距离。
武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室张萍等人用铁作掺杂元素,通过液相均相沉淀 气/固高温还原两段反应方法制备了碳载Pt Fe合金催化剂,比较了3种不同Fe含量催化剂的电催化性能。采用X射线衍射和X光电子能谱技术研究了Fe掺杂对Pt/C催化剂晶体结构及表面元素存在形态的影响。结果显示:Pt Fe/C催化剂比单一Pt/C催化剂有更小的晶格参数,其中Fe元素可能的存在形态应为与铂结合的合金态,但不排除表面存在部分氧化态。单电池放电稳定性实验表明:在200mA·cm-2电流密度下放电时电池电压基本稳定,其中Pt与Fe摩尔比为1∶1时电极催化效果相应较好,但大电流密度放电时电池电压下降比单一Pt/C催化剂电极的快,这说明Fe的加入能提高催化剂的电催化性能,但阴极表面氧原子浓度较大时,Fe可能发生氧化而使得电极稳定性受到影响。