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。

在燃料电池用高分散合金催化剂的合成中，高温（~800℃）热处理合金化通常是主流。然而，利用该方法，(1)每个颗粒的金属组成变得不均匀，并且(2)热处理导致颗粒聚集，这是电极催化剂劣化的原因之一。因此，在本研究中，我们评估了通过纳米胶囊法合成的合金催化剂的氧还原活性和耐久性，该合金催化剂不需要高温热处理，并且可以任意控制金属成分和颗粒尺寸。合成的催化剂为Pt_3Co/C、Pt_2Co/C、PtCo/C和PtCr/C，其组成不同，每种催化剂的平均粒径约为2 nm。在耐久性试验中，将催化剂在70℃的空气气氛中浸渍在0.5M H_2SO_4溶液中并搅拌，通过观察催化剂的形状和组成的变化来评价。浸泡时间为24小时和312小时。作为测量耐久性试验后的粒度分布并将其与试验前的粒度分布进行比较的结果，证实PtCo/C在24小时后从初始值增加了约1nm。随着Pt比例的增加，粒径的增加受到抑制。通过ICP测量对试验后的溶液进行分析，以估计溶解的金属量。耐久性试验前的Co含量(原子％)对于PtCo/C为46.5，对于Pt_2Co/C为33.6，对于Pt_3Co/CB为24.8。浸泡24小时后的值分别为20.2、19.6和18.4原子%，浸泡312小时后的值分别为17.3、51.7和14.5原子%。此外，Pt_3Co/C的ORR比活性是纯Pt/C催化剂的2.3倍，质量活性是纯Pt/C催化剂的3倍，为低Pt催化剂的制备提供了指导。高耐用性。从降低成本和燃料电池的实用耐用性的角度来看，这是非常有意义的信息。