软模板控制-原子层沉积联用技术制备高性能铂基催化剂

开发可替代化石燃料的新能源已经成为缓解能源紧缺问题的关键。质子交换膜燃料电池能够清洁、高效地将化学能直接转化成电能，已经受到广泛地关注和研究。获得具有高活性、耐久性及超低贵金属用量的燃料电池催化剂是实现质子交换膜燃料电池商业化的一个关键因素。本项目拟采用新颖的合成路线制备出高性能的铂基催化剂。在液相反应体系中，利用碳材料与表面活性剂所形成的特殊微观反应环境，在室温下合成尺寸分布均匀、催化活性高且使用寿命长的碳载多元铂合金纳米催化剂。利用液相反应与原子层气相沉积联用技术合成出以铂及铂合金为壳的金钯/铂合金核/壳结构催化剂，可以提高铂的利用效率、优化催化剂的活性和耐久性，能够减少铂在质子交换膜燃料电池中的用量。与目前广泛采用的合成方法相比，本项目拟采用的合成策略具有操作简单、反应迅速且容易放大合成等特点。通过合成出高效的铂基催化剂可以为实现质子交换膜燃料电池商业化奠定基础。

开发可替代化石燃料的新能源已经成为缓解能源紧缺问题的关键。质子交换膜燃料电池能够清洁、高效地将化学能直接转化成电能，已经受到广泛地关注和研究。获得具有高活性、耐久性及低贵金属用量的燃料电池催化剂是实现质子交换膜燃料电池商业化的一个关键因素。本项目拟采用新颖的合成路线制备出高性能的铂基催化剂。在液相反应体系中，利用碳材料与表面活性剂所形成的特殊微观反应环境，在室温下合成尺寸分布均匀、催化活性高且使用寿命长的碳载多元铂合金纳米催化剂。利用液相合成与原子层气相沉积联用技术合成出以铂原子层为壳的金钯/铂三元核/壳结构催化剂，该结构的催化剂可以提高铂的利用效率、优化催化剂的活性和耐久性，能够减少其在质子交换膜燃料电池中的用量。与目前广泛采用的合成方法相比，本项目拟采用的合成策略具有操作简单、反应迅速且容易放大合成等特点。通过合成出高效的铂基催化剂可以为实现质子交换膜燃料电池商业化奠定基础。在本研究中，我们采用液相合成法和ALD法结合制备Pd3Au@Pt/C，以及一锅法制备Pd3Au@Pt/C的碳载核/壳氧还原催化剂。研究结果表明，通过调整合成方法的实验条件能够有效地控制催化剂的尺寸及在基体上的分布。从电化学测试结果来看，液相合成法和ALD法结合制备的Pd3Au@Pt/C催化剂具备比商业Pt/C更高的质量活性及更高的甲酸耐受性。一锅法制备的Pd3Au@Pt/C也具备比商业Pt/C更高的氧还原催化活性与甲酸耐受性。