低纳米Pt 在介孔空心碳半球上的稳定负载及其高效氧还原催化性能闫早学*，宗瑟凯，谢吉民
（江苏大学化学化工学院，江苏，镇江，212013,E-mail:yanzaoxue@ ）
低温燃料电池主要使用Pt 、Pd 等贵金属为催化剂。
贵金属价格昂贵，制约了燃料电池的商业化。
尤其在燃料电池阴极发生的氧还原反应，动力学速率缓慢，需要更多的活性位来加速其反应，这就进一步增加了对贵金属的需求。
为解决这一问题，改善贵金属的分散性和物料传输性能，进而提高贵金属利用率，显得至关重要。
碳材料尤其是空心碳材料因其具有良好的导电性、优异的化学稳定性和高比表面积被广泛应用于分散和负载贵金属。
我们开发了一种介孔空心碳半球材料(BLC)[1]：它是具有开口的空心碳球，并且球壳上含有大量的介孔，能够将空心材料内壁充分暴露，如图1所示。
BET 测试结果表明该材料具有1108.3m 2g -1的比表面积，2.7cm 3g -1的孔体积和9.4nm
的平均孔直径。
图1介孔空心碳半球(BLC)的SEM 图，内嵌TEM
图。
Fig.1SEM and TEM images of mesoporous hollow
carbon hemispheres
(BLC).图2Pt 在BLC(a)和Vulcan XC-72carbon (b)上负载的TEM 图。
(c),(d)为相应的P 图粒径分布图。
Fig.2TEM images of Pt/BLC (a)and Pt/C (b).(c)and (d)are the corresponding Pt particle
distributions.
图3(a)Pt/BLC 和商业Pt/C (TKK)的氧还原曲线图，内嵌质量活性-电位曲线图；(b)Pt/BLC 和Pt/C (TKK)的循环稳定性比较，“阴影”为第1圈至第10,000圈扫过的面积。
Fig.3(a)The ORR on Pt/BLC and Pt/C (TKK)electrodes in O 2saturated 0.1mol L -1HClO 4solution,25o C,scan rate:5mV s -1,1600rpm,inset is the corresponding mass activity -potential plots;(b)the ORR
electrocatalytic stability comparison between Pt/BLC and Pt/C(TKK),the shadows are the cycling difference between the1th cycle and the10,000th cycle.
我们采用间歇微波加热法[2]将纳米Pt粒子负载于BLC（记为Pt/BLC）和Vulcan XC-72carbon(记为Pt/C)。
图2所示为两种催化剂的TEM图和Pt粒径分布图。
可以看到Pt在BLC上的平均粒径为2.7nm，在Vulcan XC-72carbon上的平均粒径为3.2nm。
显然，Pt粒子在BLC上的分散性更好，粒径更小。
这表明BLC的高比表面和介孔结构有利于Pt的充分分散。
图3(a)所示为Pt/BLC和商业Pt/C(TKK)在O2饱和的0.1mol L-1HClO4水溶液中的氧还原循环伏安曲线图。
数据显示，Pt/BLC在0.9V电位的质量电流密度为180.6mA mg-1Pt，为商业Pt/C(TKK)的1.6倍。
分析其原因，一方面是由于Pt/BLC的Pt粒子更小，活性位更多，另一方面是因为BLC的空心半球和介孔结构具有更好的物料传输性能，从而使得Pt/BLC具有优秀的氧还原活性。
图3(a)所示Pt/BLC具有更高的极限电流密度，佐证了BLC优秀的物料传输性能。
图3(b)通过循环伏安法比较了Pt/BLC和Pt/C(TKK)的电化学稳定性。
结果表明，Pt/C(TKK)的质量电流密度在第10,000圈为94.2mA mg Pt-1，比第一圈降低了18.9%；而Pt/BLC在第10,000圈的质量电流密度为168.1mA mg Pt-1，仅比第一圈降低了6.9%。
究其原因，BLC的介孔结构抑制了Pt粒子在其表面的脱落或团聚，因而Pt/BLC显示出更好的电化学稳定性。
本研究为中国博士后科学基金面上项目(2012M521011)和江苏省高校自然科学基金项目(12KJB150007)资助。
参考文献：
[1]Zaoxue Yan,Mingmei Zhang,Jimin Xie,Hongen Wang,Wei Wei.Journal of Power Sources,2013,243:48-53.
[2]Zhiqun Tian,Fangyan Xie,Peikang Shen.Journal of Material Science,2004,39:1509-1511.
Smaller Pt Particles Supported on Mesoporous Hollow Carbon Hemispheres for
Efficient and Stable Oxygen Reduction Reaction
Zaoxue Yan,Sekai Zong,Jimin Xie
(School of Chemistry and Chemical Engineering,Jiangsu University,Zhenjiang,Jiangsu,212013E-mail:
yanzaoxue@)。