Pt含 量對Co@Pt/C 核殼結(jié)構(gòu)催化劑性能的影響

趙天天 林 瑞,* 張 路 曹春暉 馬建新,*

(1同濟(jì)大學(xué)新能源汽車工程中心,上海201804;2同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院,上海201804)

1 引言

質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)可直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,具有能量轉(zhuǎn)化效率高、無(低)污染、噪音低、啟動快等優(yōu)點,被視為用于電動汽車、便攜式電源的理想電源.目前質(zhì)子交換膜燃料電池嚴(yán)重依賴貴金屬催化劑鉑(Pt)的使用,但Pt價格昂貴,儲量有限,導(dǎo)致PEMFC的制造成本居高不下,限制了其商業(yè)化發(fā)展.研制新型高性能、低成本催化劑對推動燃料電池的發(fā)展具有重要意義.1

Pt基合金催化劑一直是PEMFC領(lǐng)域的研究重點之一.2,3有研究表明,4Pt基合金催化劑具有合適的Pt-Pt原子間距以及更多的d帶空穴,兩者的共同作用促進(jìn)了其對于氧還原反應(yīng)(ORR)的催化活性.Pt基合金催化劑的研究重點之一就是從幾何形狀上構(gòu)筑催化劑,在納米尺度上對金屬催化劑顆粒的結(jié)構(gòu)進(jìn)行理性設(shè)計和化學(xué)裁剪有可能顯著改變金屬催化劑的物理化學(xué)性質(zhì),獲得性能更好的催化劑,如多面體形狀、核殼結(jié)構(gòu)、納米線結(jié)構(gòu)的Pt基合金催化劑等.5-11其中以Pt為殼層的M@Pt(M為Co,Ni,Cu等過渡金屬)核殼結(jié)構(gòu)電催化劑在降低Pt載量、提高催化劑活性等方面表現(xiàn)出的良好性能,已經(jīng)成為燃料電池領(lǐng)域的研究熱點.12-15由于電催化反應(yīng)為表面過程,因此,只有分布在納米顆粒表面的活性組分才有可能被利用,而體相中的活性組分無法參與反應(yīng)過程.將Pt分散在非鉑納米粒子表面,形成核殼結(jié)構(gòu)催化劑,可有效提高貴金屬鉑的利用效率.同時由于具有特殊的表面電子結(jié)構(gòu)以及核殼之間特殊的相互作用,Pt基核殼結(jié)構(gòu)催化劑表現(xiàn)出更高的催化活性和穩(wěn)定性.16,17

Kristian等18第一次在水溶液中用還原法合成了高活性的Co@Pt/C催化劑,其對ORR的催化活性(specific activity)是Pt/C催化劑的2-4倍.Kristian認(rèn)為催化活性提高的原因是Pt原子之間具有合適的間距,同時其表面缺陷很少,抑制了Pt-OH的形成.Wu等19用兩步還原法制備Co@Pt/C催化劑,Co@Pt納米粒子的直徑約為3-4 nm.其催化活性相較于Pt/C有較大提高,但電化學(xué)活性比表面積(ECSA)并沒有增加.Wu認(rèn)為催化活性提高的原因是在核殼結(jié)構(gòu)中,Pt-Pt之間發(fā)生壓縮變形,影響了表面的Pt原子與吸附物如H、CO、OH之間的相互作用.經(jīng)過5000次循環(huán)伏安掃描后,Co@Pt/C電催化劑的活性表面積損失與Pt/C相當(dāng),穩(wěn)定性佳.Brushett等20對Pt3Co合金電催化劑進(jìn)行表面酸處理,Pt3Co表面Co元素溶解,形成富Pt表面,即核殼結(jié)構(gòu).將制得的Co@Pt催化劑用于一個微流體氫氧燃料電池測試,發(fā)現(xiàn)其催化性能與純Pt相當(dāng),耐久性好于純Pt.

已有研究表明Co@Pt/C核殼結(jié)構(gòu)催化劑表現(xiàn)出良好的催化性能.18-21然而目前對于Co@Pt/C核殼結(jié)構(gòu)催化劑的研究大多針對其制備方法與表征,有關(guān)Pt含量對Co@Pt/C核殼結(jié)構(gòu)催化劑性能影響的研究則較為少見.為同時達(dá)到降低Pt載量與提高性能的目標(biāo),突破燃料電池商業(yè)化的瓶頸,研究不同Pt含量的Co@Pt/C核殼結(jié)構(gòu)催化劑的性能十分必要.本研究采用兩步還原法制備了系列20%Co@Pt/C催化劑,并采用透射電鏡(TEM)、循環(huán)伏安(CV)、光電子射線能譜(XPS)分析、線性掃描伏安(LSV)等方法考察其結(jié)構(gòu)形貌與電化學(xué)性能.研究不同Co:Pt原子比對20%Co@Pt/C催化劑性能的影響.同時將20%Co@Pt/C催化劑與實驗室早先制備的40%Co@Pt/C催化劑的性能進(jìn)行比較.

2 實驗

2.1 電催化劑的制備

實驗所用的碳載體為XC-72碳黑(美國Cabot公司,比表面積為235 m2·g-1).CoCl2、H2PtCl6、NaOH、乙醇、乙二醇和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)購自國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司,均為分析純;質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的Nafion溶液購自美國Dupont公司.

碳黑的預(yù)處理:XC-72碳黑用2.0 mol·L-1鹽酸在120°C回流處理4 h,以去除硫等無機(jī)雜質(zhì);用5.0 mol·L-1硝酸在120°C回流進(jìn)行表面氧化處理4 h,以增加表面的官能團(tuán);過濾,用去離子水洗滌,100°C真空干燥12 h.

本研究的20%Co@Pt/C核殼結(jié)構(gòu)電催化劑采用兩步還原法制備.22兩步還原法是目前制備核殼結(jié)構(gòu)電催化劑最常采用也是最成熟的方法,兩步還原法實驗裝置簡單,制備的納米粒子粒徑小,顆粒分散性較好,制備條件溫和.先以NaBH4還原CoCl2得到Co核的納米顆粒,然后以乙二醇為還原劑還原氯鉑酸(H2PtCl6)形成Co@Pt核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒,并以碳為載體,制得了Co@Pt/C電催化劑,其中Co與Pt的總含量為20%.通過改變金屬前驅(qū)體CoCl2與H2PtCl6的用量,制備了不同比例的Co@Pt/C電催化劑(CoCl2與H2PtCl6的用量摩爾比分別為1:1和1:3).具體制備方法如下.

(1)Co核制備:在0.01 mol·L-1CoCl2乙醇溶液中加入PVP作為穩(wěn)定劑,攪拌30 min,逐滴加入新制的0.05 mol·L-1NaBH4乙醇溶液,以NaBH4還原CoCl2,離心分離后得到Co的納米顆粒.

(2)將步驟(1)中得到的Co核分散到乙二醇溶液中,加入PVP作為穩(wěn)定劑,攪拌30 min后,在N2氣氛保護(hù)下逐滴加入0.03862 mol·L-1H2PtCl6乙二醇溶液,調(diào)節(jié)溶液pH至12,升溫至120°C,不斷攪拌并加熱2 h,以乙二醇還原H2PtCl6形成Co@Pt核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒.

(3)向上述混合液中加入經(jīng)過預(yù)處理的XC-72碳(分散于乙二醇中),繼續(xù)于120°C加熱1 h,冷卻后調(diào)節(jié)pH至3,過濾后用丙酮、乙醇和水多次洗滌,并于80°C真空干燥,得到以碳為載體的Co@Pt/C電催化劑,其中Co與Pt的總含量為20%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)).通過改變金屬前驅(qū)體CoCl2與H2PtCl6的用量,制備了不同摩爾比的Co:Pt電催化劑,分別以20%Co@Pt(1:1)/C和20%Co@Pt(1:3)/C(CoCl2與H2PtCl6的用量摩爾比分別為1:1和1:3)表示.同時采用E-tek公司生產(chǎn)的20%Pt/C電催化劑作為性能參考,實驗室早先制備的40%Co@Pt(1:1)/C和40%Co@Pt(1:3)/C電催化劑也被用作性能比較.

2.2 電催化劑的表征

2.2.1 結(jié)構(gòu)表征

采用透射電鏡對電催化劑進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征.在測試納米粒子的形貌、粒度以及結(jié)構(gòu)的方法中,TEM是最常用也是最直觀的手段,可以考察催化劑金屬顆粒的顆粒大小和顆粒分布.所用儀器為日本電子光學(xué)公司的JEM-2010透射電子顯微鏡.加速電壓為200 kV,采用銅網(wǎng)微柵樣品架,樣品在無水乙醇中超聲分散,然后負(fù)載到樣品架上制成電鏡樣品.

采用光電子射線能譜對電催化劑的元素組成及化學(xué)價態(tài)進(jìn)行分析.催化劑表面元素通過PHI Model 5700型X光電子能譜儀(美國PHI公司)進(jìn)行分析.輻射源為Mg Kα(hv=1253.6 eV),電子結(jié)合能用碳(C 1s,結(jié)合能為284.6 eV)校正.

2.2.2 電化學(xué)表征

采用循環(huán)伏安、線性掃描伏安等電化學(xué)方法對電催化劑進(jìn)行催化活性表征.使用上海辰華公司的CHI104P電化學(xué)工作站與美國PINE公司的AFE5T050PTHT型旋轉(zhuǎn)圓盤電極進(jìn)行催化劑電化學(xué)性能表征.以0.1 mol·L-1HClO4溶液為電解質(zhì),測試溫度25°C,可逆氫電極(RHE)為參比電極,鉑絲作為對電極,涂有催化劑層的旋轉(zhuǎn)圓盤電極為測試電極.

(1)測試電極催化層的制備:稱取0.0020 g催化劑,加入1 mL的5%Nafion與甲醇(質(zhì)量比為1:30)混合溶液,超聲2 h使催化劑分散均勻,用微量進(jìn)樣器抽取混合液10 μL,滴加到旋轉(zhuǎn)圓盤電極表面,干燥后進(jìn)行測試.

(2)CV測試:CV是一種常用的電化學(xué)研究方法,可以用于判斷電極反應(yīng)的可逆程度、計算電催化劑的電化學(xué)活性比表面積等.本研究中CV測試的掃描范圍為0.05-1.15 V(vs RHE),掃描速率為50 mV·s-1.測試前,在HClO4溶液中通N230 min排出溶液中的O2.

(3)LSV測試:為研究電催化劑的對氧還原反應(yīng)(ORR)的催化性能,對其進(jìn)行LSV測試.本研究中LSV的掃描范圍為0.05-1.2 V(vs RHE),掃描速率為5 mV·s-1,轉(zhuǎn)速為1600 r·min-1.測試前,在HClO4溶液中通O230 min使溶液中的O2飽和.為了計算ORR的動力學(xué)參數(shù),分別在轉(zhuǎn)速300、400、600、800、1200、2000和2400 r·min-1下進(jìn)行LSV掃描,掃描范圍同上.

3 結(jié)果與討論

3.1 TEM測試

圖1(a,c)分別為20%Co@Pt(1:1)/C和20%Co@Pt(1:3)/C電催化劑的TEM圖.從圖中可以看出活性組分(Co@Pt)高度分散在碳載體上,分布非常均勻,顆粒粒徑較小.圖1(b,d)分別為20%Co@Pt(1:1)/C和20%Co@Pt(1:3)/C電催化劑的金屬顆粒粒徑分布圖,從圖中可以看出Co@Pt(1:1)和Co@Pt(1:3)的粒徑分布范圍都很窄,顆粒大小均勻.Co@Pt(1:3)的平均粒徑為2.3 nm,相較于Co@Pt(1:1)(2.2 nm)沒有明顯改變,可能是因為Pt原子層很薄,因此難以觀察到Pt含量對Pt殼層厚度的影響.23Co與Pt的比例為1:3和1:1的兩種情況對粒徑和分散性沒有明顯的影響.

3.2 XPS測試

圖1 20%Co@Pt(1:1)/C(a,b)和20%Co@Pt(1:3)/C(c,d)電催化劑的TEM圖像(a,c)及粒徑分布(b,d)Fig.1 TEM images(a,c)and particle size distributions(b,d)of 20%Co@Pt(1:1)/C(a,b)and 20%Co@Pt(1:3)/C(c,d)electrocatalysts

圖2 (a,b)為20%Co@Pt(1:3)/C電催化劑的XPS圖譜.從全譜圖2(a)中可以觀察到對應(yīng)于Pt 4f、C 1s、O 1s和Co 2p的四個峰,出現(xiàn)Co 2p的峰說明在催化劑的金屬顆粒表面可能存在少量Co和Co的氧化物,未被Pt原子層完全覆蓋.圖2(b)是20%Co@Pt(1:3)/C電催化劑的Pt 4f的XPS譜圖,根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)XPS譜,Pt(0)的結(jié)合能為71.0和74.4 eV.自制催化劑樣品中Pt(0)所對應(yīng)的結(jié)合能的值有所偏移,說明其中部分Pt以Pt的氧化物的形態(tài)存在,可能是催化劑中部分金屬顆粒表面的Pt被氧化所致.對Pt 4f峰進(jìn)行擬合,擬合結(jié)果如圖2(b)所示,自制催化劑樣品中零價Pt與Pt的氧化物的含量分別為71.5%和29.5%,Pt主要仍以還原態(tài)存在.

圖220 %Co@Pt(1:3)/C電催化劑的XPS圖譜Fig.2 XPS spectra for the as-prepared 20%Co@Pt(1:3)/C electrocatalyst

3.3 CV測試

圖320 %Co@Pt(1:1)/C、20%Co@Pt(1:3)/C和20%Pt/C(E-tek)電催化劑的CV曲線Fig.3 CV curves of 20%Co@Pt(1:1)/C,20%Co@Pt(1:3)/C,and 20%Pt/C(E-tek)electrocatalysts

由圖3中氫的吸脫附峰可以計算出20%Co@Pt(1:1)/C、20%Co@Pt(1:3)/C和 商 業(yè) 20%Pt/C(E-tek)電催化劑的活性比表面積(ECSA)分別為56、60和54 m2·g-1.自制20%Co@Pt(1:1)/C和20%Co@Pt(1:3)/C電催化劑的ECSA較商業(yè)電催化劑20%Pt/C(E-tek)都有所提高,Co@Pt核殼結(jié)構(gòu)提高了Pt的利用率.結(jié)合圖1自制電催化劑的TEM圖像與粒徑分布情況,20%Co@Pt(1:1)/C和20%Co@Pt(1:3)/C電催化劑中的金屬顆粒直徑約為2-3 nm.Yang等23曾采用類似的種子生長法制備了Co0.32@Pt0.68/C電催化劑,其金屬顆粒的平均直徑為3.0 nm,其中Pt層厚度約為0.5 nm.Lee和Do24曾采用熱分解與化學(xué)還原相結(jié)合的方法,制備了Co@Pt/C電催化劑,其中金屬顆粒的平均直徑為4.12 nm.本次實驗中的金屬顆粒納米較小,從幾何學(xué)的角度來看,較小的顆粒直徑將獲得較大的比表面積,提高Pt的利用率.

3.4 LSV測試

圖420 %Co@Pt(1:1)/C、20%Co@Pt(1:3)/C和20%Pt/C(E-tek)電催化劑的LSV曲線Fig.4 LSV curves of 20%Co@Pt(1:1)/C,20%Co@Pt(1:3)/C,and 20%Pt/C(E-tek)electrocatalysts

自制20%Co@Pt(1:1)/C、20%Co@Pt(1:3)/C和商業(yè)20%Pt/C(E-tek)電催化劑的LSV測試結(jié)果如圖4所示.20%Co@Pt(1:1)/C、20%Co@Pt(1:3)/C和20%Pt/C(E-tek)的ORR起始電位都出現(xiàn)在約1.0 V,三者的半波電位相近,分別為0.831、0.840和0.833 V.Co@Pt/C電催化劑的ORR性能受Co和Pt比例的影響,20%Co@Pt(1:3)/C電催化劑表現(xiàn)出良好的ORR性能,與20%Pt/C(E-tek)電催化劑相比有小幅提升,但20%Co@Pt(1:3)/C電催化劑在降低Pt載量方面具有優(yōu)勢.電壓0.9 V下20%Co@Pt(1:1)/C、20%Co@Pt(1:3)/C和商業(yè)20%Pt/C(E-tek)電催化劑的電流密度分別為692、857和507 μA·cm-2,自制20%Co@Pt(1:1)/C、20%Co@Pt(1:3)/C的比活性(specific activity)都超過了商業(yè)20%Pt/C(E-tek)電催化劑.其中20%Co@Pt(1:3)/C在0.9 V下的比活性超過了美國能源部(DOE)要求(720 μA·cm-2).計算三種催化劑在0.9 V下對應(yīng)的質(zhì)量比活性(mass activity),分別為0.064、0.067、0.036 A·mg-1,與DOE要求的0.44 A·mg-1仍有差距,但是可以看出自制催化劑的質(zhì)量比活性已經(jīng)超過了商業(yè)催化劑.ORR極限電流密度約為4-5 mA·cm-2,小于理論值(6 mA·cm-2),25該值與催化劑的活性關(guān)系不大,可能與電極催化層的制作過程有關(guān),催化層在干燥過程中可能出現(xiàn)了部分團(tuán)聚,未能鋪滿鉑碳電極表面;另一個可能的原因是LSV測試前需要先進(jìn)行50圈CV掃描使催化劑性能穩(wěn)定,這個過程中可能有少量催化劑脫落.研究報道核殼結(jié)構(gòu)電催化劑具有良好的催化性能,但是核殼結(jié)構(gòu)改善電催化劑催化性能的原因尚無統(tǒng)一定論,目前有以下幾種解釋:18,19(1)原子結(jié)構(gòu)理論認(rèn)為合金作用造成了表層Pt原子中d空穴的增加,必然導(dǎo)致金屬與氧之間相互強(qiáng)烈的作用,這種作用使氧的吸附和O―O鍵減弱,加快氧分子間鍵的斷裂和電解質(zhì)中O與H+之間的形成;(2)最小原子間距理論認(rèn)為合金元素的引入使Pt與Pt的原子間距縮短,有利于O2的解離吸附,但催化劑表面的電子結(jié)構(gòu)并未發(fā)生變化;(3)表面粗糙效應(yīng)(雷尼效應(yīng))認(rèn)為合金催化劑中第二元素的溶解使催化劑表面變得更加粗糙,增加Pt的有效比表面,從而提高了催化活性.

20%Co@Pt(1:3)/C電催化劑的ORR動力學(xué)性質(zhì)測試結(jié)果如圖5所示.用20%Co@Pt(1:3)/C制備旋轉(zhuǎn)圓盤電極催化層,在O2飽和的0.1 mol·L-1HClO4溶液中對其進(jìn)行不同轉(zhuǎn)速下的LSV測試.氧還原的動力學(xué)性質(zhì)用Koutecky-Levich關(guān)系式分析,分別以圖中0.3、0.5和0.7 V下得到的電流倒數(shù)和轉(zhuǎn)速平方根的倒數(shù)為對應(yīng)關(guān)系作圖,結(jié)果如圖6所示,得到一組斜率相近的平行直線.

圖5 不同轉(zhuǎn)速下20%Co@Pt(1:3)/C電催化劑的LSV曲線Fig.5 LSV curves of 20%Co@Pt(1:3)/C electrocatalysts at different speeds

圖620 %Co@Pt(1:3)/C電催化劑ORR的Koutecky-Levich圖Fig.6 Koutecky-Levich plots for ORR on 20%Co@Pt(1:3)/C electrocatalyst

方程(1)中,斜率1/B直接與氧還原反應(yīng)的總電子數(shù)相關(guān)聯(lián):24

表1 不同電位下0.1 mol·L-1HClO4溶液中20%Co@Pt(1:3)/C電催化劑的平均電子轉(zhuǎn)移數(shù)(n)Table 1 Average number of electrons transferred for ORR(n)on 20%Co@Pt(1:3)/C electrocatalyst at different potentials in 0.1 mol·L-1HClO4solution

式中,id是實驗觀察到的電流,n是每摩爾O2被還原時所轉(zhuǎn)移的電子數(shù)目,A是電極面積(0.283 cm2),F是法拉第常數(shù)(96485 C·mol-1),CO是氧氣的溶解度(0.969×10-6mol·cm-3),DO是氧氣的擴(kuò)散系數(shù)(1.9×10-5cm2·s-1),v是溶液的動力學(xué)粘度(0.893×10-2cm2·s-1),ω是旋轉(zhuǎn)圓盤電極的轉(zhuǎn)速,B是Koutecky-Levich圖中直線斜率的倒數(shù).在0.3、0.5和0.7 V電壓下,計算得到n值分別為4.12、4.16和4.30(如表1所示),表明Co@Pt/C催化劑表面發(fā)生的ORR反應(yīng)是以四電子進(jìn)程進(jìn)行的.

3.5 20%Co@Pt/C與40%Co@Pt/C的性能比較

將本研究中自制的20%Co@Pt(1:1)/C和20%Co@Pt(1:3)/C與實驗室早先制備的40%Co@Pt(1:1)/C和40%Co@Pt(1:3)/C進(jìn)行TEM圖比較,在圖7中可以明顯看出20%Co@Pt/C電催化劑的金屬顆粒數(shù)量較少,在碳載體上的分散更加均勻,極少出現(xiàn)團(tuán)聚現(xiàn)象,這有助于提高電催化劑的比表面積,提高Pt利用率,改善催化活性.

將20%Co@Pt/C電催化劑的ECSA與40%Co@Pt/C電催化劑比較,20%Co@Pt(1:1)/C、20%Co@Pt(1:3)/C、40%Co@Pt(1:1)/C、40%Co@Pt(1:3)/C的ECSA分別為56、60、30和45 m2·g-1,20%Co@Pt/C電催化劑的ECSA為相同Co:Pt比例的40%Co@Pt/C電催化劑的1.9與1.3倍(表2),可能是因為金屬含量少的電催化劑中的活性組分更易于分散,因此具有更大的活性比表面積,Pt的利用率更高,這與TEM結(jié)果的推測一致.

圖7 20%Co@Pt(1:1)/C(a)、20%Co@Pt(1:3)/C(b)、40%Co@Pt(1:1)/C(c)和40%Co@Pt(1:3)/C(d)電催化劑的TEM圖像Fig.7 TEM images of 20%Co@Pt(1:1)/C(a),20%Co@Pt(1:3)/C(b),40%Co@Pt(1:1)/C(c)and 40%Co@Pt(1:3)/C(d)electrocatalysts

表2 Pt/C和Co@Pt/C電催化劑的電化學(xué)活性面積Table 2 ECSAs of Pt/C and Co@Pt/C electrocatalysts

圖820 %Co@Pt(1:1)/C與40%Co@Pt(1:1)/C、20%Co@Pt(1:3)/C與40%Co@Pt(1:3)/C電催化劑的LSV曲線比較Fig.8 LSV curves of 20%Co@Pt(1:1)/C and 40%Co@Pt(1:1)/C,20%Co@Pt(1:3)/C and 40%Co@Pt(1:3)/C electrocatalysts

將20%Co@Pt/C電催化劑的LSV曲線與40%Co@Pt/C電催化劑比較(圖8),2620%Co@Pt(1:1)/C的半波電位(0.831 V)相較于40%Co@Pt(1:1)/C(0.794 V)向正向移動了37 mV;20%Co@Pt(1:3)/C的半波電位(0.840 V)相較于40%Co@Pt(1:3)/C(0.804 V)向正向移動了36 mV.半波電位是描述電催化劑對于ORR催化活性的重要指標(biāo).雖然20%Co@Pt/C電催化劑極限電流密度小于40%Co@Pt/C電催化劑,但是半波電位向正向移動,仍然表現(xiàn)出更好的催化性能,這可能是由于20%Co@Pt/C電催化劑的載量較低,更加有利于分散.當(dāng)金屬顆粒數(shù)量較多時,容易發(fā)生團(tuán)聚,團(tuán)聚后中心的Pt則難以被利用.由于20%Co@Pt/C電催化劑的Pt載量較低,可以有效降低電催化劑成本,因此比40%Co@Pt/C電催化劑表現(xiàn)出更大的優(yōu)勢.

4 結(jié)論

本研究采用兩步還原法制得核殼結(jié)構(gòu)Co@Pt/C電催化劑.以NaBH4還原CoCl2得到Co核的納米顆粒,然后以乙二醇為還原劑還原氯鉑酸(H2PtCl6)形成Co@Pt核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒,并以碳為載體,制得了Co@Pt/C電催化劑,其中Co與Pt的總質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%.通過改變金屬前驅(qū)體CoCl2與H2PtCl6的用量,制備了不同比例的Co@Pt/C電催化劑(CoCl2與H2PtCl6的用量比例分別為1:1和1:3).采用TEM、CV、LSV等方法考察了其結(jié)構(gòu)與性能.自制20%Co@Pt(1:3)/C與20%Co@Pt(1:1)/C的ECSA分別達(dá)到56和60 m2·g-1,都超過了商用催化劑20%Pt/C(E-tek).與40%Co@Pt/C電催化劑比較,20%Co@Pt(1:1)/C與20%Co@Pt(1:3)/C的ECSA分別是40%Co@Pt(1:1)/C與40%Co@Pt(1:3)/C的1.9和1.3倍.20%Co@Pt/C電催化劑的半波電位相較于40%Co@Pt/C向正向移動,比40%Co@Pt/C電催化劑表現(xiàn)出更好的ORR催化性能,有望降低催化劑的成本,在PEMFC領(lǐng)域表現(xiàn)出很好的應(yīng)用前景.

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