龙志
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邓光荣
,
刘长鹏
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葛君杰
,
邢巍
,
马树华
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(16)62481-6
燃料电池是一种将燃料反应的化学能转化为电能的装置,可分为氢氧质子交换膜燃料电池(PEMFCs)、直接甲醇燃料电池(DMFCs)和直接甲酸燃料电池等.与 PEMFCs相比, DMFCs以甲醇为燃料,燃料的储存运输和电池操作运行具有较高的安全性,所以近年来受到人们的广泛关注.
膜电极组件(MEA)是 DMFCs的核心部分,由气体扩散层(GDL)、催化层(CL)和质子交换膜(PEM)三部分组成. GDL用于提高电池传质能力,并同时作为 MEA的集流体. PEM主要用于隔离燃料和氧气,进行质子传导. CL是 MEA中的主要组成部分,为电化学反应提供场所.
催化层由催化剂,质子传输介质和电子传输介质组成.通常,阳极催化剂采用 PtRu/C,阴极采用 Pt/C,质子传输介质为全氟磺酸树脂,如 Nafion. CL的结构对电池性能有直接的影响,因此人们对 CL的结构进行了详细的研究,并通过调节 CL亲水性能、梯度催化层的结构设计等优化其结构.研究表明,当 CL中 Nafion含量为33 wt.%, PEMFCs具有最佳的电池性能. DMFCs与 PEMFCs对 MEA要求不同,其阴极更容易发生水淹现象.本文结合非接触式三维光学轮廓仪、接触角测试系统和电化学测试对阴极不同 Nafion含量的膜电极进行了表面形貌、亲水性、循环伏安和 DMFC性能测试.
本文利用喷涂法制备了 GDE,然后与 Nafion115热压形成 MEA.由三维表面形貌图可以看出,随着催化层中 Nafion含量的增加, GDE表面的粗糙度变大,尤其是 N35和 N45.理论上,表面粗糙有利于 Pt的暴露和传质扩散,但是其电池性能并未与粗糙度呈现出正相关的关系,因为 Nafion含量高于35 wt.%, Pt被 Nafion过度包裹,抑制了 O2至催化剂表面的传输,且随着 Nafion含量由15 wt.%增加至45 wt.%,其 GDE表面的接触角由166.8o减至143.1o,说明 CL的亲水性增强,易导致阴极产生的水无法及时排出,从而造成阴极水淹现象.
从不同 Nafion含量制备 MEA的 CV图可以看出,随着 Nafion含量的增加, Pt的电化学活性面积(ESA)增加.当 Nafion含量较少时, Nafion无法对全部 Pt纳米粒子(NPs)形成包覆或无法形成连贯的质子传输通道,从而导致大部分的 Pt NPs催化活性较低变为无效 Pt.而有效 Pt NPs要求与连贯的质子传输通道相连接.当 Nafion含量高于35 wt.%时,其 ESA基本保持不变,因为 Pt载量一定,从而限制了 ESA,此时达到该载量条件下的极限 ESA.但是电池极化曲线表明,30 wt.% Nafion含量的 MEA具有最佳的电池性能.因为有效 Pt NPs不一定是高效的,当他们全部被 Nafion包裹后, O2只能依靠溶解在 Nafion中才可以到达催化剂表面,从而阻碍传质.只有 Pt NPs表面包裹和暴露面积达到一定比例时才变得高效.所以当 Nafion含量低于30 wt.%时,主要由质子传输通道导致的有效 Pt NPs较少；当 Nafion含量高于30 wt.%时,出现 Nafion过度包裹 Pt NPs,阻碍 O2传质.因此, Nafion含量30 wt.%时, Pt的包裹面积和裸露面积达到所研究的最佳状态.
关键词:
直接甲醇燃料电池
,
催化层
,
Nafion
,
阴极
,
离聚体
徐洪峰
,
燕希强
膜科学与技术
doi:10.3969/j.issn.1007-8924.2000.06.015
利用质子交换膜为电解质,碳纸和铂黑分别为电极的扩散层和催化层,制作了恒电位式氢气传感器;确定的最佳施加电位是0.15 V;在氢气浓度为0.2%内,氢气氧化电流与氢气浓度成正比;通过在工作电极前面加设聚乙烯膜,增大氢气扩散阻力,可以将氢气氧化电流与氢气浓度之间的线性关系提高到氢气浓度为1.5%.
关键词:
氢气
,
固体聚合物电解质
,
传感器
,
质子交换膜
,
Nafion
徐麟
,
徐洪峰
,
李海燕
膜科学与技术
doi:10.3969/j.issn.1007-8924.2005.01.002
利用50:50的乙醇水溶液,在250 ℃条件下溶解了Nafion 115膜,制得质量分数为7.5%的Nafion溶液.采用不同的高沸点添加剂,在不同温度下制得再铸Nafion膜.分析了再铸膜的离子交换容量、水含量和水中溶解性等,并利用傅立叶红外分析了再铸膜的结构.结果表明,再铸温度为140 ℃最好,乙二醇是最合适的再铸添加剂.
关键词:
全氟磺酸树脂
,
Nafion
,
质子交换膜
,
再铸膜
马春秀
,
张玉军
宇航材料工艺
doi:10.3969/j.issn.1007-2330.2007.04.010
采用化学沉积工艺和电镀工艺分别在Nafion表面制备了具有Ag电极和Ni-Ag电极的离子聚合物金属复合材料(IPMC),并采用SEM和EDS分别对IPMC电极形貌及纵切面银元素分布进行了分析.结果显示具有Ni-Ag电极的IPMC中镍元素均匀且致密分布在复合膜表面,形成了一层较厚的双金属电极层;微观形貌观察显示银电极呈树枝状结构生长,金属银在Nafion膜内部呈梯度分布;电形变实验表明IPMC在1.25 V负载电压下,其电形变最大角度可达46°;失水实验表明在IPMC表面涂装一层密封油能有效减缓其失水率.
关键词:
Nafion
,
化学沉积
,
IPMC
,
电形变
李辰楠
,
孙公权
,
梁振兴
,
任素贞
,
赵新生
,
辛勤
功能材料
利用异丙醇水溶液溶解废弃Nafion膜,异丙醇体积分数在60%～75%之间的水溶液能在220℃相对较快的溶解Nafion膜制得溶液,利用二甲基亚砜(DMSO)作为溶剂制备再铸膜.再铸膜酸度(EW)和溶胀度(SW)测试结果接近商品膜数值;红外光谱、X射线衍射分析表明再铸膜具有与商品膜相似的结构;甲醇渗透、电池性能测定结果表明,与商品Nafion115膜相比,具有相同厚度的再铸膜降低了甲醇渗透,适合应用于直接甲醇燃料电池中.
关键词:
直接甲醇燃料电池
,
Nafion
,
再铸膜
,
甲醇渗透
梁汝萍
,
邱建丁
,
邹小勇
,
蔡沛祥
应用化学
doi:10.3969/j.issn.1000-0518.2003.04.009
利用滴涂于铂盘表面的Nafion膜中负电性的磺酸基与L-赖氨酸阳离子之间的静电作用实现L-赖氨酸的固定化,再在Nafion-L-赖氨酸修饰电极表面涂布一层溶胶-凝胶薄膜,制备成Nafion-L-赖氨酸-溶胶-凝胶电催化型多巴胺传感器. 采用循环伏安法和电流-时间曲线考察了传感器的电化学特性,采用差示脉冲伏安法对多巴胺进行定量分析,线性范围为5.0×10-7～5.0×10-4 mol/L,检出限为5.0×10-8 mol/L. 该传感器制备方法简单、稳定性好、灵敏度高,且具有良好的选择性,能有效排除抗坏血酸等常见干扰物质对测定的影响,用于生物样品分析,结果令人满意. 传感器用毕于4 ℃干态保存4周,其响应信号基本不变.
关键词:
溶胶-凝胶
,
L-赖氨酸
,
Nafion
,
电催化
,
多巴胺传感器
张梅
,
汪莉
,
袁慧珍
,
刘丽
,
宋永海
,
叶树虹
,
肖贤平
,
王菁苒
,
刘慧萍
应用化学
doi:10.3724/SP.J.1095.2011.00766
制备了乙酰胆碱酯酶/Nafion/普鲁士蓝修饰的玻碳电极,测试了该修饰电极检测有机农药西维因(carbaryl)和敌百虫(trichlorfon)的性能指标.利用原子力显微镜和电化学技术研究了电极的构造及其对于有机农药检测性能指标的影响.结果表明,乙酰胆碱酯酶均匀地分散到Nafion/普鲁士蓝修饰的玻碳电极上.在最优的实验条件下,构筑的修饰电极检测西维因和敌百虫的线性范围分别为0.01 ～0.5 μmol/L及2.0～10.0 μmoL/L和0.02～ 1.0 μmol/L及2.0～8.0 μmol/L,检出限分别为5.0和10.0 nmol/L.并对模拟的实际样品进行了检测,发现该方法有较高的检测灵敏度、较好的重复性和抗干扰性.
关键词:
西维因
,
敌百虫
,
普鲁士蓝
,
Nafion
,
乙酰胆碱酯酶
,
电化学
