纳米颗粒相比不容易出现催化剂的聚集,而且能有效降低Pt的溶解,因此具有很高的稳定性。对Pt纳米管、铂黑和PtC的稳定性测试结果表明,Pt纳米管催化剂在1000次循环后仍可维持80以上的表面积,而PtC催化剂的表面积则已降低到10左右,充分说明Pt纳米管催化剂材料具有良好的稳定性。而且这种Pt纳米管催化剂还有利于改善传质能力和催化剂的利用率,具有比PtC催化剂更强的催化活性。另外,通过对Pt和PtPd纳米管催化剂进行多尺度直径的组装发现,它在消除传统催化剂的氧化溶解方面具有很大的潜力,在PEMFC中具有很好的耐久性和氧化还原活性。
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结语
近年来,PEMFC催化剂在制备方法和机理方面的研究取得了一定进展,但目前的一些
成果还只限于实验室研究,离实际应用尚有较大距离。PEMFC电催化剂必须满足多种要求:首先,其对于阳极氢的氧化和阴极氧的还原要有高的活性。高性能的阴极催化剂能通过降低阴极的高过电位来加快氧的还原动力学,阳极电催化剂能催化氢的氧化进程。其次,电催化剂能够抵制由于CO、CO2和重整气中的一些污物而引起的催化剂中毒。目前,铂催化剂以及铂合金催化剂仍是PEMFC电催化剂研究的热点。为了降低成本,必须采用适当的制备方法和工艺条件来减小Pt颗粒尺寸,增大Pt的分散性,从而减少贵金属Pt的用量,提高催化剂利用率及能量转换效率,降低成本。随着PEMFC越来越接近实用化,催化剂的稳定性已经成为迫切需要解决的关键问题。国内外在催化剂稳定性方面已进行了大量工作,在催化剂的性能衰减机制及其抑制方法等方面都取得了较大进展,初步明确了碳载体的腐蚀、铂的氧化溶解和聚集、杂质毒化等是造成催化剂性能衰减的主要机制,并在催化剂合金组成优化、表面修饰、高稳定性催化剂载体和新型碳材料研究等方面提出了一些改善催化剂稳定性的方法。但是PEMFC催化剂的稳定性问题还远未解决,仍有大量工作需要做,将来可主要集中于以下几方面的研究:①深入探究催化剂制备及结构对催化剂稳定性的影响,利用或开拓先进的制备技术在纳米级层次上控制金属颗粒的尺寸及结构,并进一步改进催化剂的制法,从根本上提高催化剂的稳定性。当然,高稳定性高催化活性的非铂催化剂也值得考虑。②有关碳载体的研究,一是可以选用性能更加稳定的碳材料或对其进行热处理以提高它的抗腐蚀性能;二是设计功能有序化的催化剂载体材料,可以用某些模板合成具有特定物理性质的碳纳米管材料及其它碳载体材料。
f参考文献
1施涛高山r