胡小娟
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严文俊
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丁维华
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俞健
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黄彦
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(12)60636-6
以多孔A12O3陶瓷为基体材料,采用浸渍法担载NiO后用2B铅笔修饰NiO/Al2O3表面,通过化学镀法沉积约5μm厚的金属钯,还原后成功制得Pd/Pencil/Ni/A12O3膜.为进行对比,还制备了未担载镍的Pd/Pencil/Al2O3膜.膜的表面和断面形貌分别采用扫描电镜和金相显微镜观测,膜的透氢动力学通过H2/N2单气体法测试,并以成分为H2 77.8％,CO 5.2％,CO2 13.5％和CH4 3.5％的原料氢测定了膜的氢分离效果.结果表明,未载镍的Pd/Pencil/A12O3膜只具有氢分离作用,而Pd/Pencil/Ni/A12O3膜还可以有效地将钯膜泄漏的CO和CO2转化为甲烷,因而成为双功能型钯膜.这种双功能膜尤其适用于面向质子交换膜燃料电池(PEMFC)的氢气分离,既有效解决了PEMFC对氢燃料中CO格外敏感的难题,又提高了对钯膜缺陷的容忍度,因而延长了钯膜的使用寿命.
关键词:
钯膜
,
氢分离
,
一氧化碳甲烷化
,
双功能
,
镍催化剂
,
质子交换膜燃料电池
陈驰
,
周志有
,
王宇成
,
张雪
,
杨晓冬
,
张新胜
,
孙世刚
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(17)62807-9
燃料电池是一种可将化学能通过电催化反应直接转化成电能的装置,具有能量密度高和清洁无污染等优点.燃料电池阴极氧还原反应(ORR)的动力学较迟缓,是电池能量效率损失的主要原因.目前ORR催化活性最高的是铂基催化剂,但由于贵金属铂价格昂贵,储量稀少,且对燃料小分子渗透的抗性较差,严重制约了燃料电池的大规模应用.因此,高性能、低成本的非贵金属催化剂成为燃料电池领域的研究热点.本文选用含氮量高达45％的三聚氰胺-甲醛树脂为碳源和氮源,Fe(SCN)3为铁源和硫源,以CaCl2为模板,在高温和铁的催化作用下将树脂碳化,经酸洗和二次热处理工艺,制备出铁、氮、硫共掺杂的多孔碳(FeNS-PC).干燥后的CaCl2颗粒可防止树脂在高温下交联形成块状碳颗粒,同时起到造孔模板的作用.CaCl2颗粒在温和条件下即可除去,无需强腐蚀性条件,因此不会对催化活性中心造成破坏.在Fe/N/C催化剂中掺杂S可进一步提高催化活性,不添加碳载体可避免低活性的碳载体降低质量活性,多孔结构可促进传质,充分利用活性位点.我们优化了热处理温度,并对催化剂的结构、组分及催化性能等进行了表征分析.结果表明,热处理温度为900℃时,可将树脂完全转化成多孔碳,并获得较高的杂原子掺杂量,可达到最优活性.CaCl2为模板剂可避免使用强腐蚀性试剂去除模板,有利于保留活性位,并得到多孔结构.FeNS-PC-900的比表面积可达775 m2/g.得益于原位掺杂的合成工艺,各掺杂元素在多孔碳表面均匀分布.在酸性介质中,FeNS-PC-900的半波电位可达到0.811V,仅比商业Pt/C催化剂低78 mV;在0.8V电位下的质量活性为10.2 A/g,表现出优异的催化活性.经过10000圈加速衰减测试后,其半波电位仅下降了20 mV,在0.75V电位下持续放电10000s后,其ORR电流仍保持初始电流的84.4％,具有比Pt/C更加优异的稳定性.以FeNS-PC-900为阴极催化剂的质子交换膜燃料电池的最大功率密度可达到0.49 W/cm2,并在0.6V电压下持续放电10h后,其电流仍可保持初始电流的65％,表现出良好的应用潜力.FeNS-PC-900具有高掺杂含量、高比表面积和多孔结构,并且杂原子在催化剂表面均匀分散,在半电池和燃料电池测试中都表现出优异的催化活性和稳定性,表明其是一种非常有潜力应用于燃料电池的非贵金属氧还原催化剂.
关键词:
非贵金属催化剂
,
氧还原反应
,
质子交换膜燃料电池
,
铁、氮、硫共掺杂多孔碳
,
三聚氰胺-甲醛树脂
