《質子導體高分子保護碳納米管載Pt催化劑合成及穩定機制》是依託武漢理工大學，由木士春擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：質子導體高分子保護碳納米管載Pt催化劑合成及穩定機制
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：木士春
- 依託單位：武漢理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
傳統質子交換膜燃料電池(PEMFC)催化劑為Pt/C催化劑，但其中的Pt通常會在燃料電池工況下發生溶解、遷移和團聚，而且載體碳也易遭受電化學腐蝕，從而加速Pt的團聚，致使催化劑穩定性降低；碳納米管（CNT）具有優異的物理、化學穩定性，但石墨化結構使其表面光滑且缺乏活性位，難以為Pt提供均勻的形核質點，而且還會降低與Pt的結合力。為此，申請人提出了一種經質子導體高分子保護的Pt催化劑及製備方法，即採用全氟磺酸導質子高分子為保護劑，合成穩定的納米Pt膠挨擔端體，然後將其載於CNT表面，獲得質子阿抹愉碑導體保戲束乎恥護的Pt/CNT催化劑。引入質子導體保護劑可增加催化層三相反應界面，提高催化劑催化效率；更重要的是，可增大Pt顆粒的位阻以及與載體的結合力，增大Pt團聚阻力，而且，還可能在一定程度上抑制Pt的溶解，從而提高催化劑穩定性。因此,本項目將該新型催化劑的合成工藝進行最佳化，並對合成催化劑的穩定機制進行深入研究。
結題摘要
當前，要解戀趨歸決質子交換膜燃料電池催化劑催化活性低與穩定性差的問題，首先需要解決納米金屬催化劑在穩定的、化學惰性的納米石墨碳（碳納米管、石墨烯等）和納米導電陶瓷等擔體表面的均勻擔載和錨固問謎晚驗題。為此，項目執行人創新性地提出通過引入質子或電子導體高分子聚合物穩定化劑（全氟磺酸、聚苯胺等），合成具有高催化活性和耐久性特性的新型功能聚合物穩定化催化劑的研究思路。引入的功能聚合物既可以修飾納米活性金屬粒子，同時也可以修飾擔體。通過採用聚合物穩定化的先進策略，在不同擔體表面均獲得粒徑小且分布均勻的活性金屬納米粒子，催化劑的穩定性也得到了極大的提高，順利地完成了本項目的各項研究內容：1）較好地解決了催化劑金屬（Pt）納米粒子在碳黑及化學惰性的碳納米管、石墨烯、納米陶瓷等材料表面的均勻性分散與沉積問題。活性金屬（如Pt）粒子平均粒徑2-3 nm且分布非常均勻，增加了催化劑的電化學活性面積和氧還原反應（ORR）活性，從而改善了催化劑的催化性能。2）通過聚合物的穩定化作用，金屬-擔體間作用及擔體對活性金屬的錨固作用得到增強，而且活性金屬表面聚合物的存在也增大了納米金屬粒子在擔體表面的位移與團聚的阻力，催化劑的壽命得到大的改善：納米碳（納米碳球、碳納米管、石墨烯等）、導電陶瓷載Pt催化劑的地良循環壽命平均提高3倍以上，其中石墨烯載Pt催化劑提高達7.5倍以上。3）由於質子導體全氟磺酸（PFSA）可提供質子通道，在催化反應中增加更多的三相反應界面(TPB)，顯著地改善催化劑的性能；同時，項目執行人還發現了這種新型催化劑具有抗CO中毒的作用，並提出了PFSA中水合離子對CO的氧化機理。4）基於聚合物穩定化的研究機理，申請人進一步拓展研究了納米碳（如石墨燃、碳納米管）擔體表面O/C比、磺化處理、氮摻雜對活性危簽危金屬催化性能及電化學穩定性的影響，取得了一些非常有意義的研究成果。
