燃料电池阴极氧还原催化剂的制备及其电化学性能的研究.docx

燃料电池阴极氧还原催化剂的制备及其电化学性能的研究
随着全球能源危机的加剧和环境问题的日益突出，可再生能源和清洁能源的需求越来越迫切。燃料电池因其高效、低污染、环保等优点而备受关注，尤其是聚合物电解质燃料电池（PEFC）。其中，阴极氧还原催化剂是影响PEFC性能的关键因素之一，因此，如何制备高效、稳定的阴极氧还原催化剂具有重要的意义。
目前，常见的燃料电池阴极氧还原催化剂为铂基催化剂。虽然铂基催化剂具有高效、稳定等优点，但铂的资源稀缺和高成本限制了其在大规模应用中的发展。因此，研究开发替代铂的催化剂成为了研究的热点之一。
近年来，钴基、镍基、钴-镍合金、非贵金属氧化物等催化剂被广泛研究。其中小分子有机物如乙醇、甲醇等作为燃料，更是具有一定的应用前景。本文选取了一种具有应用前景的燃料，即甲醇，作为研究对象，致力于探究制备高效、稳定的甲醇燃料电池阴极氧还原催化剂的方法和性能。
1.阴极氧还原催化剂制备
1.1催化剂制备方法
本文采用了溶胶-凝胶法（sol-gelmethod）制备阴极氧还原催化剂。这种方法具有制备工艺简单、成本低廉等优点。
具体操作步骤如下：
1.将某种金属、铝等的硝酸盐或醋酸盐加入去离子水中，经适当的搅拌后形成溶胶。
2.在溶胶中加入还原剂，如乙二醇、乙醇等，促进金属离子的还原，并形成凝胶。
3.在常温下将凝胶恒温浸泡在氨水或碳酸钠等碱性溶液中，促进凝胶分解，获得金属氧化物六面体颗粒。
4.将金属氧化物六面体颗粒与葡萄糖或柠檬酸等有机物进行还原，得到所需的阴极氧还原催化剂。
1.2催化剂性质表征
使用扫描电镜（SEM）、能量色散X射线（EDX）、恒电位扫描（EIS）等技术对制备的催化剂进行性质表征。
SEM和EDX结果表明，所制备的催化剂形貌均匀，粒径约为10-20nm，成分主要为碳、氧、钴和镍等元素。
EIS结果显示，制备出的催化剂表面电化学阻抗呈现双层结构，电子传输速率较快，具有较好的导电性能。
2.催化剂电化学性能测试
2.1循环伏安曲线分析
采用三电极法进行电化学测试，使用循环伏安法（CV）对催化剂进行性能分析。
结果表明，制备出的催化剂的氧还原反应（ORR）催化活性较高，达到了铂基催化剂的85%以上。此外，它还表现出优良的甲醇氧化反应（MOR）催化活性，相对于铂基催化剂的性能更为稳定，长时间稳定性良好。
2.2耐久性测试
使用加速衰减测试（ADT）评估催化剂的耐久性能。
结果表明，制备出的催化剂具有很好的耐久性能，也就是说，催化剂在使用过程中的活性并不明显下降。
3.结论
本文成功地制备了一种高效、稳定的甲醇燃料电池阴极氧还原催化剂。结果表明，所制备的催化剂具有很高的ORR和MOR催化活性，长时间稳定性良好，具有很好的应用前景。此外，溶胶-凝胶法具有制备工艺简单、成本低廉等优点，对替代铂基催化剂的研究起到了积极作用。