铂纳米棒有序阵列催化电极在被动式直接甲醇燃料电池中的应用（英文）

发布时间：2017-06-25 21:11

  本文关键词：铂纳米棒有序阵列催化电极在被动式直接甲醇燃料电池中的应用（英文），由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：直接甲醇燃料电池(DMFC)具有能量密度高、无需充电、液体燃料添加便捷及环境友好等优点,是新一代便携式移动电源研究热点.DMFC规模应用的主要技术挑战是如何进一步提高电池性能、显著降低成本和可靠延长寿命.催化电极作为DMFC发电核心和成本的集中体现,其电催化活性和贵金属用量直接影响DMFC的性能和成本,开发高性能、低成本的催化电极对推进DMFC实用化进程具有重要意义.特别是在被动式DMFC中,阴极催化电极不仅需要提高电催化活性和大幅降低贵金属用量,而且还面临内部严重的"水淹"和氧传质受限等问题.近年来,随着纳米技术发展,有序纳米结构已逐渐应用于DMFC催化电极的构筑中,电池性能得到显著提高.然而,目前的研究主要集中在膜电极纳米有序微孔层、纳米有序改性膜和纳米有序阳极催化电极及其阳极贵金属载量降低等方面,关于阴极催化电极在有序纳米结构以及载量降低等方面的研究相对较少.本文采用模板法直接在微孔层上电沉积定向生长排列有序、直径可控的铂纳米棒阵列,并作为阴极催化电极应用于被动式DMFC.X射线衍射和透射电镜结果表明,该铂纳米棒结构稳定,表面含有丰富的纳米晶须结构,有利于催化电极比表面积增加和电催化活性提高.不同催化电极上氧还原的极化曲线表明电极性能依下列次序变化:直径为200 nm铂纳米棒阵列电极100 nm铂纳米棒阵列电极商业化铂黑催化电极.电池性能表征表明,长度为1 3μm、直径分别为200和100nm、载量为1.0 mg/cm2的铂纳米棒阵列作为阴极催化电极的DMFC最大功率密度分别为17.3和12.0 m W/cm~2.通过催化电极电化学活性面积和阻抗测试,分析其性能提高的原因可归结于有序排列的铂纳米棒阵列结构提高了电化学活性面积、增强了氧还原电催化活性并促进了阴极氧的传质.
【作者单位】： 上海大学理学院化学系;中国科学院上海高等研究院;
【关键词】： 催化电极 有序纳米棒 催化剂利用 直接甲醇燃料电池
【基金】：supported by the National Basic Research Program of China(973 Program,2012CB932800) the National Natural Science Founda-tion of China(21533005,21276158,21303243,51506213)~~
【分类号】：TM911.4;O646
【正文快照】： 1.Introduction Passive direct methanol fuel cells(DMFCs)have attracted broad interest as potential power sources for portable applica-tions owing to their high energy density and non-polluting na-ture,as well as their availability and ease of storage of

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