Synthesis and investigation of high activity cathode catalyst for PEFC

高活性PEFC阴极催化剂的合成与研究

基本信息

批准号：
19760489
负责人：
YANO Hiroshi
金额：
$ 2.2万
依托单位：
University of Yamanashi
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2007
资助国家：
日本
起止时间：
2007 至 2008
项目状态：
已结题

项目摘要

燃料電池用高分散合金触媒の合成は、通常高温(〜800℃)熱処理による合金化が主流である。しかし、この手法では、(1)、一粒子ごとの金属組成が不均一になること、(2)、熱処理による粒子の凝集を導き、これらが電極触媒劣化の原因の一つとして懸念されている。そこで本研究では、高温熱処理を必要とせず、任意な金属組成、粒子サイズが制御可能なナノカプセル法によって合成した合金触媒の酸素還元活性および耐久性評価を行った。合成した触媒は組成の異なるPt_3Co/C, Pt_2Co/C, PtCo/C及びPtCr/Cの4触媒であり、いずれも平均粒子径は約2nmである。耐久試験は70℃、空気雰囲気の0.5M H_2SO_4溶液中で触媒を浸漬撹拌することで、触媒の形状、組成変化等を観察することで評価した。浸漬時間は24h及び312hとした。耐久試験後の粒径分布を測定し、試験前と比較した結果、初期値から24h 後にはPtCo/Cでは約1nm増大が確認された。Ptの割合が増加するほど粒径増加は抑制された。試験後の溶液をICP測定によって分析し、溶解金属量を見積もった。耐久試験前のCo含有量(atom%)は、PtCo/Cで46.5、Pt_2Co/Cで33.6、Pt_3Co/CBで24.8であった。浸漬時間24h後にはそれぞれ20.2, 19.6, 18.4 atom%、312h後には17.3, 51.7, 14.5 atom%であった。またPt_3Co/C のORR比活性は純Pt/C触媒の2.3倍、質量活性は3倍となり、高耐久性を有する低Pt触媒調製の指針を得ることができた。このことは燃料電池のコスト削減と実用化に向けた耐久性の観点で非常に有意義な情報となる。

高度分散合金催化剂的合成通常主要是通过在高温下（高达800°C）通过热处理合金来完成的。但是，此方法导致（1）每个粒子的金属成分不平衡，以及（2）由于热处理而导致的颗粒聚集，这是电催化剂恶化的原因之一。因此，在这项研究中，通过纳米胶囊方法合成的合金催化剂的氧气还原活性和耐用性，这些方法不需要高温热处理并可以控制任意金属组成和粒径。合成的催化剂是四个催化剂，PT_3CO/C，PT_2CO/C，PTCO/C和PTCR/C，所有催化剂均具有不同的成分，平均粒径约为2 nm。通过将催化剂浸入70°C的空气中，并搅拌催化剂，并观察催化剂的形状和组成，从而评估了耐用性测试。浸泡时间为24小时和312H。测量耐用性测试后的粒度分布并与测试前进行了比较，结果表明，PTCO/C在初始值后24小时增加了约1 nm。 PT的增加阻止了粒径的增加。通过ICP测量分析测试溶液，以估计溶解金属的量。在进行耐用性测试之前，PTCO/C的CO含量（原子％）为46.5，PT_2CO/C为33.6，PT_3CO/CB为24.8。沉浸时间24小时后，金额为20.2、19.6和18.4原子％，在312h之后，金额分别为17.3、51.7和14.5原子％。此外，PT_3CO/C的ORR特异性活性比纯PT/C催化剂高2.3倍，质量活性高3倍，为制备高耐用性低PT催化剂提供了指南。就降低成本和耐用性而言，这是非常有意义的信息。