新型钴-聚吡咯-碳载Pt燃料电池催化剂的制备与表征

采用脉冲微波辅助化学还原法制备了钴-聚吡咯-碳（Co-PPy-C）载Pt催化剂（Pt/Co-PPy-C）,其中Pt的总质量占20%.利用透射电镜（TEM）、光电子射线能谱分析（XPS）和X射线衍射（XRD）研究了催化剂的结构,用循环伏安（CV）、线性扫描伏安（LSV）等方法考察了其电化学活性及氧还原反应（ORR）动力学特性及耐久性. Pt/Co-PPy-C电催化剂的金属颗粒直径约1.8 nm,略小于商用催化剂Pt/C（JM）颗粒尺寸（约2.5 nm）；催化剂在载体上分散均匀,粒径分布范围较窄. Pt/Co-PPy-C的电化学活性比表面积（ECSA）（75.1 m2·g-1）高于商用催化剂的ECSA （51.3 m2·g-1）. XPS测试表明,自制催化剂表面的Pt主要以零价形式存在.而XRD结果显示,自制催化剂中Pt（111）峰最强, Pt主要为面心立方晶格. Pt/Co-PPy-C具有与Pt/C（JM）相同的半波电位；在0.9 V下, Pt/Co-PPy-C的比活性（1.21 mA·cm-2）高于商用催化剂的比活性（1.04 mA·cm-2）,表现出更好的ORR催化活性.动力学性能测试表明催化剂的ORR反应以四电子路线进行. CV测试1000圈后, Pt/Co-PPy-C和Pt/C（JM）的ECSA分别衰减了13.0%和24.0%,可见自制催化剂的耐久性高于商用Pt/C（JM）,在质子交换膜燃料电池（PEMFC）领域有一定的应用前景.