高性能低成本碳载铂催化剂的研究

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质子交换膜燃料电池(PEMFC)是用质子交换膜作为电解质的一种燃料电池,具有工作温度低、启动快、能量密度高、寿命长,效率高,绿色环保等优点。迄今为止,PEMFC存在配套设施和价格上的缺陷,导致其商业化受到限制,而催化剂是价格缺陷的主要原因之一。PEMFC催化剂研究的焦点是如何制备高活性、价格低廉的电催化剂。目前常用的电催化剂为Pt/C催化剂。  本文利用回收铂料制备催化剂原料——氯铂酸,降低了催化剂制备成本,并研究了制备工艺中反应温度、溶液组成、碳载体的前处理方法等对催化剂形貌,电化学活性及Pt负载量等性质的影响,确定了合适工艺参数,从而在降低成本的同时获得了较好活性的Pt/C催化剂。  主要研究工作如下:  1.利用回收铂颗粒制备了氯铂酸。经实验,自制的氯铂酸满足后继合成需要,且成本低廉。  2.以自制的氯铂酸为原料,甲醛作为还原剂,采用胶体还原法制备了Pt/C催化剂,并对制备工艺进行优化。实验表明,采用硝酸对碳载体表面进行预处理,采用低浓度氯铂酸和30wt%的甲醛为还原剂,反应温度为45℃,反应时间为2h时,所得的催化剂催化性能最佳。  3.本实验制备出催化剂的粒径为4.4nm,铂含量为18.6%,有效电化学活性面积为221.5m2/g的电催化剂。上述结果和商用Johnson Mathey20wt%的Pt/C催化剂效果相当,且价格低廉。  4.利用胶体还原法制备了高铂担载量的催化剂。目前已能制备出Pt载量为46.3%的铂碳催化剂,电化学性能良好。  5.对实验中产生的含铂废料进行处理和再生研究,利用含铂固体废弃物制备了Pt/C催化剂,催化性能接近实际应用的要求。对含铂废液中铂的回收处理也同时进行了研究。
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