Pt纳米碳管空气电极氧还原反应的电催化性能.PDF

第 10 卷 　第 4 期 电化学 Vol. 10 　No. 4 2004 年 11 月 EL ECTROCHEMISTR Y Nov. 2004 文章编号 (2004) Pt/ 纳米碳管空气电极氧还原反应的电催化性能 赵峰鸣 , 马淳安 (浙江工业大学应用化学系 ,纳米科学与技术工程研究中心 , 浙江 杭州 310032) 摘 　要 : 　以不同质量比的铂、纳米碳管、活性碳为催化层制备空气电极并测定其稳态极化曲线 和交流阻抗. 研究发现 ,纳米碳管经硝酸处理后其氧还原反应性能得到提高 ,特别是将表面氧化后 再沉积 Pt ,对氧的电还原反应影响更显著. 以质量比 4 1∶的活性碳/ 纳米碳管载 Pt 制备的空气电 - 2 η 极 ,在过电位 c 为 500～600 mV 下 ,氧还原电流可达 600～700 mA ·cm . EIS 测试表明 ,纳米碳管 载 Pt 后的欧姆极化阻抗和电化学阻抗均非常小. 关键词 : 　纳米碳管 ; 电催化;空气电极 ; 电化学阻抗 TM 911 　　　　　　　　 A 中图分类号: 　 文献标识码 : 　 近年来 ,有关氧气体扩散电极在燃料电池、金属/ 空气电极、膜电极反应器乃至传感器的应 用研究十分活跃[1 ] ,而空气电极的催化反应层是其最重要的组成部分. 尽管目前关键的制作 技术已趋成熟 ,但制作成本太高 , 国内外研究主要集中在降低电极的铂载量[2 ,3 ] . 如美国 Loa Alamos 国家实验室采用膜电极制备技术 ,铂载量降到 0. 12 mg ·cm - 2[4 ] ;此外还有关于铂晶粒 尺寸影响的研究[5 ,6 ] ,或通过喷镀方法提高铂的利用率[7～10 ] ,或以铂为基掺入其他金属或金 属氧化物制成合金电催化剂\ 11 ,12 ] . 为了提高质子在催化层中的传输 , 文献 [ 13 ] 研究了将 Nafion 乳液与催化剂混合制备催化反应层. 但以碳电极为基的燃料电池技术要真正获得关键 性的突破 ,还必须深入研究碳纤维、纳米碳管[14～16 ]等一些新型的碳材料. 本文以活性碳为基、纳米碳管、铂为电催化剂制备空气电极的催化反应层 ,研究该纳米碳 管载铂/ C 电极的氧还原反应电催化活性, 同时对纳米碳管载铂的浸渍方式、还原方式进行了 探索 ,得出了较为系统的结果. 采用催化热解碳氢化合物气体的方法制备纳米碳管[17 ] ,再用浓 硝酸处理 ,可使该表面形成羧基官能团而增加亲水性 ,从而提高了铂的催化活性 ,既可增强铂 的前驱体的吸附 ,又能提高铂的分散性能. 收稿日期 , 修订日期 通讯联系人 , Tel : (86571),Email : Science @zjut. edu. cn ( ) ( ) 浙江省自然科学基金重大项目 ZD0024 ,浙江省自然科学基金 299502 资助 第 4 期 　　　　　　　　赵峰鸣等 : Pt/ 纳米碳管空气电极氧还原反应的电催化性能 3·85 · 1 　实验部分 1 . 1 　空气阴极催化层的制备 ( ) 取未纯化的纳米碳管在 20 %氯铂酸 H PtCl ·6H O 的乙醇溶液中超声波分散均匀 ,室温