第29卷第3期河北师范大学学报(自然科学版)Vo1．29NO．32005年5月JournalofHebeiNormalUniversity(NaturalScienceEdition)Mav．2005聚苯胺载铂电极对乙醇的电催化氧化武克忠一，王新东，张超星，刘晓地，赵娜，韩铁城(1．河北师范大学化学学院，河北石家庄050016；2．北京科技大学理化系，北京100083)摘要：在硫酸溶液中利用循环伏安法在燃料电池的支持电极碳纸上，电聚合导电高分子聚苯胺用于催化剂Pt的负载．聚苯胺载铂电极(Pt／PAn／C)的制备，提高了Pt的分散度，增加了Pt在电催化体系中的利用率．扫描电镜表征的结果，Pt／PAn／C上的Pt颗粒大小为0．4m左右．通过比较乙醇的电催化氧化活性可知，Pt／PAn／c催化氧化乙醇的最大电流为16．7mA／cm，为直接碳载铂电极(Pt／C)最大氧化电流5．2mA／em的3．2倍．关键词：燃料电池；乙醇；聚苯胺；铂的利用率中图分类号：TM91I．4文献标识码：A文章编号：1000—5854(2005)03—0268—04直接液体进样固体聚合物电解质燃料电池(directliquid—feedsolidpolymerelectrolytefullcel1)具有能量损耗少、低污染、能量密度高、噪声低等优点，被认为是未来电动汽车动力及其他民用场合最有希望的化学电源¨J．目前，此种燃料电池制备的关键技术已经成熟，限制其应用的最大障碍是制作成本太高J．燃料电池多采用铂作为催化剂，铂是贵金属，资源有限，价格昂贵．为了降低成本，减少铂的用量，提高铂的分散度，近年来导电高分子聚苯胺(PAni)被用于催化剂铂在电极上的分散，它具有长链共轭结构，并且质子能在聚苯胺分子长链上可逆掺杂，使得聚苯胺同时具有电子和质子双重导电的性能，并且由于Pt与聚苯胺的相互作用，电极显示了非常高且稳定的催化活性；但是文献中报道苯胺聚合的支撑电极都是致密的铂、玻碳、不锈钢等电极材料[，引，而在实际的燃料电池中，支撑电极均为多孔的碳纸．本文中，笔者就是以燃料电池常用的催化剂支撑层多孔碳纸为电极，制备出碳纸直接载铂电极(Pt／C)和聚苯胺载铂碳纸电极(Pt／PAni／C)，通过比较乙醇在2种电极上的循环伏安行为，探讨乙醇在2种电极上的催化活性．1实验部分1．1仪器电化学仪器为273型恒电位仪(美国EG&GPrincetonAppliedResearch)．电化学测试实验采用三电极体系，工作电极为燃料电池中做催化剂载体的支撑层碳纸，表观几何面积为0．5cm，电极使用前用二次蒸馏水反复冲洗；辅助电极为金属铂片电极；参比电极为饱和甘汞电极(SCE)，本文中的电位值如不特别指明均相对于SCE．形貌的测定采用英国JSM一6301F型电子扫描电镜(SEM)．1．2试剂苯胺(An)，CH3CH2OH，H2SO4和H2PtC16等均为分析纯，苯胺经减压二次蒸馏后使用，各种溶液用去离子水二次蒸馏配制．2结果与讨论2．1Pt／C电极的制备燃料电池常用的催化剂支撑电极为多孔碳纸．作为电极的碳纸经处理洗净后，置于5mm。l／LH2PtCI6+0．5mol／LH2804电解液中进行循环伏安电位扫描．电位扫描范围为一0．20-0．60v，扫描速收稿El期：2004一O9—25；修回El期：2004—1212基金项目：国家tl然科学基金资助项目(50274010)；国家863计划项目(2002AA302404)；河北省tl然科学基金资助项目(202139)作者简介：武克忠(1968一)，男，河北省沧县人，河北师范大学副教授，现为北京科技大学博士研究生，从事材料化学与电化学研究第3期武克忠等：聚苯胺载铂电极对乙醇的电催化氧化269率为50mv／，s，扫描20次．图1是碳纸上直接沉积Pt所得到的循环伏安曲线．由图1可以看出：从0．60v第1次负向扫描开始，由于PtC16的还原，大约在0．30V开始显示逐渐增大的还原电流，并且随着循环次数的增加，还原电位发生正移，还原起始电流也逐次增大；在第2次扫描时，可以明显地看到还原电位从稍高的0．40V就已开始．应当明确的是0．40V的还原电位对应于PtC1一+4e一=Pt+6C1一的平衡电位．另外，在第1次扫描电位一0．15～0．25V之间存在大的过电位，可归因于Pt还原的成核过程L71，而成核以后，Pt的沉积生长在稍正的电位下即可进行，图1中第2圈扫描过电位的范围变为一0．08～0．17V，电位正移说明了这图1碳纸电极上Pt沉积的循环伏安曲线个问题．随着循环次数的增多，在一0．12V低电位范围内反映Pt微粒氢吸附和吸附氢