一、研究背景

聚合物电解质膜燃料电池（pemfc）具有功率密度高、效率高、低温条件下也能正常运行等优点，是一种理想的能量转换设备。然而，引言应该更深入地探讨围绕这些燃料电池的需求和挑战。值得注意的是，人们对富缺陷电催化剂的开发进行了广泛的研究，这标志着该领域取得了重大进展。

铂作为阳极和阴极的常见催化剂，分别促进氢的氧化和氧的还原。然而，一氧化碳（CO）等杂质的存在带来了挑战，这些杂质主要来自碳氢化合物的催化重整以获得氢。CO在铂催化剂活性位点上的吸附降低了燃料电池在阳极的性能。

在20世纪90年代 年代，对铂单晶的研究表明，Pt（111）是CO氧化最活跃的平面，提出了增强催化过程的潜在策略。然而，这些策略的应用，如引入台阶和台阶，以促进CO在较低的正电位下氧化，被证明是不切实际的纳米颗粒合成。这强调了需要替代方法来减轻CO在铂表面的吸附。

缓解CO在铂纳米颗粒表面吸附问题的策略包括开发二元和三元pt基催化剂，如PtRu、PtMo和PtRuMo。第二/第三种金属的存在改变了Pt纳米颗粒的CO吸附特性，这种影响归因于与表面氧羟基的反应，形成的正电位低于纯铂，或者通过修饰贵金属的d波段，改变了其对CO吸附的亲和力。除Pt外，其它金属如Ir、Te、Cu、Fe和Rh也为此目的进行了研究。

制备这些电催化剂的一种常用方法是利用硼氢化钠作为Pt和第二/第三金属前体的还原剂。另一种方法是通过将铂电极浸入含有钌盐的溶液中，导致钌在铂表面上不可逆吸附，从而自发沉积第二种金属。相比之下，强迫沉积方法涉及将Pt电极浸入存在氢气泡的电解质中或将湿样品暴露于H2气体流中。这导致产生适当的还原电位，促进Ru物质直接沉积到电极上。这两种技术主要采用铂单晶表面作为首选衬底。另一种方法需要使用过渡金属氧化物、氮化物、碳化物或磷化物作为共催化剂。这些共催化剂有助于提高pt基催化剂的整体催化活性和选择性，特别是通过影响CO和其他相关物质的吸附性能。

Ramos等人报道了一种涉及硼氢化钠还原剂与磁场和射频脉冲结合使用的新方法。该研究揭示了Pt晶体结构中晶格应变的压缩。结果表明，CO在Pt/C上的吸附能有潜在的衰减。这一结果可能归因于结构缺陷的引入，表明晶格应变操纵与CO吸附行为之间存在相关性。Li etal 表明焦耳加热技术可以诱导金属前驱体破碎，从而促进组成元素的均匀混合。随后是一个快速冷却阶段，这有利于精确定义的晶体纳米颗粒的产生。

Qiu等人利用闪蒸焦耳加热法在碱性环境下合成了Ag/Co/C电催化剂，用于氧还原反应。该杂化催化剂的比活性是原始Ag/C的40倍，在0.8 V / RHE条件下，其质量活性是对照物质的52倍。此外，与市售Pt/C电催化剂相比，该杂化催化剂对甲醇和乙醇的耐受性增强。在本研究中，首次在本课课组开发的装置中使用闪蒸焦耳加热工艺制备了Pt/C电催化剂。目的是合成一种有缺陷的催化剂，从而提高催化重整产生的H2+CO混合物的氧化活性。

二、摘要

采用闪蒸焦耳加热（FJHM）合成了碳载铂纳米颗粒。在该方法中，将Pt前驱体h2ptcl6·6 H2O的水溶液引入含有Vulcan xc72碳的反应器中。随后，混合物经历50次放电循环，每次放电100库仑。利用还原沉积法对fjhm制备的Pt/C催化剂（FJHM-Pt/C）进行XRD对比分析，发现fjhm制备的Pt/C催化剂（FJHM-Pt/C）中铂晶格的面间距扩大。这种扩展表明出现了结构缺陷，TEM图像证实了这一发现，在FJHM-Pt/C表面显示出明显的阶梯状特征。循环伏安分析表明，与Pt/C BASF相比，FJHM-Pt/C在0.5 V处的氧化前峰显著增加。当使用纯氢气作为燃料时，使用Pt/C巴斯夫作为阳极催化剂的单质子交换膜燃料电池（PEMFC）比使用FJHM-Pt/C作为阳极催化剂的单质子交换膜燃料电池（PEMFC）具有更高的最大功率密度（MPD）。相反，在CO的存在下，以FJHM-Pt/C为催化剂的PEMFC与以商用Pt/C为阳极的电池相比，表现出更好的MPD。这些发现强调了增强的CO耐受性，突出了FJHM制备方法的潜在优势。

三、结论

通过闪蒸焦耳加热设备制备了一种有效的铂电催化剂，用于氧化H2+CO混合物。热像分析证实金属载荷为20%。x射线衍射显示，与Pt/C BASF相比，FJHM-Pt/C中特定晶体平面的衍射角发生了显著变化。值得注意的是，平面在FJHM-Pt/C中表现出更突出的峰值，表明对高指数平面的偏好。TEM图像进一步表明，FJHM-Pt/C颗粒较大，棱角突出，而商用Pt/C颗粒呈圆形。在CO氧化行为方面，FJHM-Pt/C在0.45 V时表现出更强的峰值，表明与Pt/C BASF相比，FJHM-Pt/C具有更高的CO氧化能力。在纯H2的单次PEMFC测试中，商用Pt/C的性能优于FJHM-Pt/C，可能是由于其平均粒径较小。然而，在CO存在的情况下，使用FJHM-Pt/C催化剂的电池表现出更高的功率密度，表明对CO的耐受性增强。这一结果可归因于多种因素，包括Pt结构缺陷和金属-载体相互作用。

图1.FJHM-Pt/C的热重分析。

图2.以Pt/C巴斯夫和FJHM-Pt/C为阳极催化剂的PEMFCs的极化和功率密度曲线。黑线代表H2实验，蓝线代表H2+CO实验。