用于燃料电池Co@Pt/C 核壳结构催化剂的制备及表征

曹春晖 林 瑞 赵天天 黄 真 马建新

(同济大学新能源汽车工程中心，上海201804;2同济大学汽车学院，上海201804)

1 引言

质子交换膜燃料电池(PEMFC)因具备能量转换效率高、可靠性高、无污染、组装和维修方便等优点而成为交通工具的理想替代动力系统之一.1但制约燃料电池大规模应用的两大障碍，即成本和耐久性问题尚未完全解决.质子交换膜燃料电池常用的催化剂是负载于炭黑的铂(Pt)，它具有活性高、化学稳定性好的特点.2而Pt的储量却极为有限，稀缺性决定了其成本会随着燃料电池汽车的推广而急剧上升.因此，提高铂的利用率、降低铂的载量显得尤为重要.

在纳米尺度上对金属催化剂颗粒的结构进行理性设计和化学裁剪可显著改变金属催化剂的物理化学性质，获得性能更好的催化剂.其中核壳结构(记为“核@壳”)纳米金属颗粒具有特殊的电子结构及表面性质，因而在催化等领域的应用日益受到重视.3研究证明，以Pt为壳层的M@Pt(M为Co，Ni，Cu等过渡金属)核壳型催化剂对氧还原具有更高的催化活性.一方面，Pt壳层可防止过渡金属的溶解，防止电催化活性的衰减，增加Pt的比表面积，提高Pt的利用率;另一方面，核壳催化剂的核/壳之间可产生相互作用，添加过渡金属引起Pt氧还原反应(ORR)催化性能提高的机理主要是:减小了Pt-Pt之间的距离(几何效应)，形成了具有更多5d轨道空位的电子结构，导致氧的π电子向Pt表面转移的增加(电子效应).4核壳结构燃料电池催化剂的研究……