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微波合成碳载铂用于氧还原电催化

         
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质子交换膜燃料电池阴极氧还原反应(ORR)动力学迟缓,因此,开发高活性、低成本的ORR电催化剂对燃料电池发展具有重要意义。本文利用微波法,在氢氧化钠/乙二醇的溶液中还原氯铂酸合成了铂纳米颗粒(Pt NPs);随后,将其与Vulcan XC-72R炭黑混合,制备了高分散性的碳载铂(Pt/C)催化剂。透射电镜结果表明,Pt NPs在炭黑表面均匀分布,平均粒径约为2.8 nm,略小于商业Pt/C催化剂(约3 nm)。进一步,探究了微波功率、分散溶剂以及载碳时有或无HCl对制备催化剂分散性和氧还原活性的影响。电化学测试表明,相较于商业Pt/C催化剂,优化的微波Pt/C催化剂展现出更为优异的ORR催化活性。在0.1 mol/L HClO_(4)电解液中,微波Pt/C催化剂的半波电位较商业Pt/C催化剂高出9 mV,其在0.9 V(vs.RHE)处的质量活性和面积活性为0.109 A/mg和0.127 mA/cm^(2),均分别高于商业Pt/C催化剂的0.093 A/mg和0.118 mA/cm^(2)。此外,微波Pt/C催化剂具有比商业Pt/C催化剂更好的电化学稳定性。这些主要归因于碳表面均匀分布的较小粒径Pt NPs,增加的Pt表面积提升了ORR活性,与碳载体表面孔结构的牢固嵌合增强了稳定性。本工作系统研究了微波法合成Pt/C催化剂的技术路线,适合批量化生产。

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