介孔基质子交换膜燃料电池电极催化剂的制备及其电化学性能研究

本文以介孔材料作为低温（＜100℃）燃料电池，包括质子交换膜燃料电池(PEMFCs) 和直接甲醇燃料电池（DMFCs）的电极催化剂或催化剂载体为出发点，通过改进的硬模板复制法制备了高比表面积的介孔基氧化物、介孔基碳化物电催化剂和石墨化介孔碳催化剂载体材料，并研究了这些介孔基复合物催化剂的电化学催化性能。提出了一种不含Pt 的非贵金属催化剂，即介孔WO3和介孔WO3/C复合物电催化剂，其中介孔WO3/C复合物用作PEMFCs 的阳极催化剂时，单电池表现出明显的电流密度和电池功率 输出。并以介孔WO3 为载体负载Pt 制备了非碳载体的介孔Pt/WO3 复合物催化剂，由于WO3 与Pt 之间的共催化作用，使得该介孔Pt/WO3 复合物催化剂较相同Pt 含量的商用催化剂20wt%Pt/C（E-TEK）具有更高的甲醇电氧化催化活性和抗CO“中毒”性能，并具有与商用催化剂20wt% PtRu/C（E-TEK）相比拟的甲醇电氧化催化活性。采用沥青作为碳源低温制备石墨化介孔碳，将Pt-Co或Pt-SnO2纳米颗粒共装载到石墨化介孔碳的孔道中，利用Pt与Co或SnO2间的共催化作用，得到具有2～3 倍于 20wt%Pt/C（E-TEK）的甲醇电氧化催化活性，同时大大降低贵金属Pt的使用量。采用外加压辅助的硬模板法制备了结晶良好的高比表面积介孔WC（138m2.g-1）材料，研究了以该介孔WC 作为载体负载Pt 纳米粒子后，所获得介孔复合物Pt/WC 催化剂对甲醇的电氧化催化活性。