本文關鍵詞：鉑催化氧還原反應過程中磷酸的影響及抑制磷酸吸附策略（英文）

  更多相關文章： 鉑 磷酸毒化 氧還原反應 修飾電極 磷酸摻雜PBI膜燃料電池

【摘要】：與低溫(100 oC)質子交換膜燃料電池相比,磷酸摻雜PBI膜燃料電池可工作于100 200 oC,工作溫度的提高有利于提高電極反應動力學速率、增加Pt催化劑對CO等毒物的耐受性,以及簡化電池水管理等.然而,磷酸在Pt催化劑表面吸附較強,這將造成Pt一定程度的毒化.基于"第三體效應",即在Pt表面預吸附某些小分子,可在一定程度上抑制磷酸吸附,然而預吸附分子同時也將占據(jù)Pt表面部分活性位點,因而Pt的催化性能最終由兩個因素決定:磷酸抑制程度和預吸附分子在Pt表面的覆蓋度.本文系統(tǒng)考察了Pt表面預吸附分子覆蓋度和預吸附分子鏈長對其催化氧還原反應(ORR)活性的影響.首先,通過控制預吸附了胺類分子的Pt電極的電位,得到表面具有不同覆蓋度的Pt電極,考察了0.1 mol/L H_3PO_4電解液中Pt電極對ORR的催化活性隨預吸附分子覆蓋度的變化規(guī)律;為分離磷酸吸附和修飾分子吸附本身對Pt催化活性的影響,對比了0.1 mol/L HClO_4電解液中Pt電極對ORR的催化活性隨預吸附分子覆蓋度的變化規(guī)律.進一步對比研究了不同鏈長胺分子——正丁胺(BA)、正辛胺(OA)及十二胺(DA)等作為修飾分子對Pt/C催化劑電催化ORR活性的影響.結果表明,隨修飾分子在Pt表面覆蓋度提高,在0.1 mol/L HClO_4溶液中,由于預吸附分子占據(jù)Pt部分活性位,修飾后光滑Pt電極表面的本征活性單調下降;而在0.1 mol/L H_3PO_4中,修飾后光滑Pt電極表面的ORR活性呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢,當預吸附分子覆蓋度約為20%時,其ORR活性最高,為未修飾的光滑Pt電極表面的1.67倍.這表明預吸附分子有效抑制了磷酸的吸附,且當預吸附分子覆蓋度約為20%時,預吸附分子對Pt表面的占據(jù)與其抑制磷酸吸附的作用達到最佳平衡點.然而,當修飾分子BA,OA和DA在Pt表面覆蓋度分別為38.6%,26.1%和26.1%時,Pt/C在0.1 mol/L H_3PO_4中的ORR催化活性接近,分別為未經(jīng)修飾Pt/C電催化劑的1.7,1.8和2.0倍,這表明預吸附分子鏈長對ORR催化活性影響較小,表面預吸附分子抑制磷酸吸附的策略對Pt/C催化劑也同樣適用.同時,Pt/C電極經(jīng)BA,OA和DA修飾后,其在0.1 mol/L HClO_4中的比表面活性分別為未經(jīng)修飾Pt/C電催化劑的1.0,1.1和1.3倍,與修飾后光滑Pt電極表面本征ORR活性變化規(guī)律不一致.然而,與Pt在HClO_4電解質中的ORR活性相比,ORR的半波電位仍有大約123 m V的差距,今后還需繼續(xù)從催化劑的角度,如調控Pt表面的吸附特性,或從創(chuàng)新電解質的角度,如有機磷酸電解質等出發(fā)解決磷酸毒化的問題.
【作者單位】： 中國科學院大連化學物理研究所潔凈能源國家實驗室(籌);中國科學院大學;
【關鍵詞】： 鉑 磷酸毒化 氧還原反應 修飾電極 磷酸摻雜PBI膜燃料電池
【基金】：supported by the Strategic Priority Research Program of the Chinese Academy of Sciences(XDA09030104) the National Basic Research Program of China(973 Program,2012CB215500) the Key Program of the Chinese Academy of Sciences(KGZD-EW-T08)~~
【分類號】：O647.3;TM911.4
【正文快照】： 1.Introduction Nafion-membrane-based proton exchange fuel cells(PEM-FCs)typically operate at below 100°C.However,H3PO4-doped polybenzimidazole(PBI)-based PEMFCs can operate at 100-200°C,so are known as high-temperature PEMFCs (HT-PEMFCs).This is advan，

本文編號：686031