多元觸媒在複合石墨載體表面電化學活性分析The performance of ...

(4)將所得的石墨粉末進行過篩,去除過大的
鐵屑殘渣,以球磨機球磨 24hr ,之後以
200mesh 篩網過篩,所得為不酸洗的人工石
墨。
(5)其後將石墨粉末分別以 1M、3M、5M HCl
酸洗 24hr,去除其所含雜質,再以去離子水
清洗至中性,其後過濾、乾燥,所獲得之高結
晶石墨則為酸洗的人工石墨。
(6)將此人工石墨進行研磨、過篩後,而得到
所需的粉末,而後將此粉末進行 BET 表面吸
附、SEM、X 光繞射儀、拉曼光譜儀等相關特
性分析實驗。
2.觸媒製備
(1)在 100ml 去離子水加入 5 克氫氧化鈉;50ml
去離子水加入 12.72 克碳酸鈉;15ml 去離子
水加入 2 克硼酸。
(2)在 55℃下,200ml 去離子水加入 1 克白金
跟 5 克亞硫酸鈉,並攪拌均勻。
(3)先利用碳酸鈉溶液滴定回 pH5,再每分鐘
滴定雙氧水 1cc50 次,之後攪拌 30 分鐘。
(4)利用氫氧化鈉溶液滴定回 pH5,之後攪拌
30 分鐘。
(5)加入DPG粉末並提高溫度到 95℃攪拌一小
時。在 10-20 分鐘滴定完硼酸,再攪拌 30 分
鐘即完成。
3.Cyclic voltammetry 量測
(1)先用 600μl 去離子水混合 200μl Nafio-117
和 21 毫克試體粉末製作成漿液。
(2)將含有 0.196 cm 2 Glassy carbon 用鐵氟龍
(PTFE)固定製作成旋轉電極當作工作電極
(WE)。
(3)滴定 20μl 漿液於工作電極表面,再加溫到
70℃烘乾 10 分鐘。
(4)使用 Pt 薄片當作對電極(CE);Ag/AgCl 當
作參考電極(RE)。
(5)掃描範圍-0.65V~0.65V;掃描速率
10mV/sec。
三、結果與討論
1.BET 檢測
表 1 為載體比表面積的檢測,雖然含有
30% DPG 的複合石墨載體其比表面積比商業
使用的 XC-72 還要低,但在本實驗室先前電
化學檢測實驗中可以看出其活性比一般商業
載體性能還要優秀。可以知道觸媒對於載體表
面面積只有一定的需求重點是要能讓主要
Pt(111)面能夠吸附在載體上,以求達到最好的
反應條件[7]。
2.觸媒特性測試
利用 X-ray 算出觸媒粒徑大小 Fig1,並代
入經驗式(1)求比表面積 S(m 2 /g):
6000
S = (1)
ρD
D 是平均顆粒半徑;ρ 是 Pt 密度(21.4
g/cm 3 ) ;6*10 3 經驗值,最後計算的值請見表 2。
3. Cyclic voltammetry 測量
由 Fig.2~ 5 為四組 sample 的墊化學測試結
果,可明顯看出當添加 10%Pt +6%Ru +3%Pd
時,電化學活性明顯增加許多。在 Fig.6 為扣
除電雙層面積之後陽極活性測試百分比,其中
10%Pt +6%Ru +3%Pd 相對於 10%Pt 陽極活性
效能大約為 2.5 倍。這是因為 Pt 利用 DPG 石
墨內部的奈米碳管等具有大表面積的區域,使
Pt(111)面能夠均勻分散在載體表面,並且利用
Pd 達到較好催化活性。而在含有 10%Pt +6%Ru
+2.5%Sn 的情況下,可能是因為 Pt 無法均勻分
散和觸媒間鍵結改變的引響而導致凝結在一
起造成催化劑反應面積降低,並且讓大多數的
Pt 都是用(110)面與載體接觸,使得電化學活
性下降。另外一種造成電化學性能下降的原因
可能是因為 Pt 顆粒粗大行成擴散障礙層,阻
礙離子傳遞使電池性能下降,這種行為在越粗
大的顆粒表現越明顯。
四、結論
由本次實驗可以知道,在 10%Pt 觸媒下
再添加 6%Ru 和 3%Pd,可得最大電化學活性。
藉由 DPG 石墨具有大表面積的特性和 Pd 可以
使 Pt 吸附在載體表面並增加催化劑活性。但
隨著 Pd 和 Sn 增加造成顆粒凝聚塊狀,降低催
化劑反應面積或行成擴散障礙層降低催化劑
活性。總合前面所述適當添加 Sn 和 Pd 在 Pt
中確實可以增加催化劑電化學性能,相信在提
升燃料電池耐久性方面也能有所助益。