铂(Pt)因具有高催化活性仍是燃料电池不可替代的主催化剂,但铂成本高、储量少,阻碍了燃料电池的商业化进程,为降低Pt金属用量,提高其催化活性,常与碳载体负载以增强Pt分散度,降低Pt粒径.研究证实,碳载体改性会进一步提升催化剂活性.等离子体具有绿色、快速等优势,在碳载体改性及催化剂制备方面得到了广泛的应用,成为目前研究的热点.然而,在等离子体改性碳载体及制备Pt基催化剂过程中,等离子体处理条件会对碳载体表面改性结构、Pt粒径分布、形貌及性能产生影响.因此,需要从等离子体改性碳载体作用机理入手,找到不同碳载体的最佳改性条件,实现对碳载体改性结构的精准控制.研究等离子体法制备Pt基催化剂同样需要对Pt纳米粒子的形核生长机理深入分析,并探究可控合成的工艺条件,实现Pt基催化剂的规模化、可控化制备,最终为Pt纳米颗粒的负载提供有效的锚点位点,提高Pt的催化活性.与此同时,等离子体实现碳载体改性及Pt基催化剂制备往往是两个独立的过程,这限制了该组合工艺规模化、产业化发展,因此考虑两个过程的协同实现也是未来的研究方向之一.近年来,等离子体在碳材料改性及Pt基催化剂制备方面取得了显著成果.在碳材料改性领域,已实现了炭黑、碳纳米管、石墨烯、碳纳米纤维等其他碳材料的表面改性,并总结了改性碳载体材料在提高Pt催化剂粒子分散度、提升催化活性等方面的优势;此外,在Pt基催化剂制备方面,基于等离子体绿色、快速等优势,相关领域学者探索了多种等离子体方法,如等离子体还原、等离子体分解、等离子体沉积等,这些方法部分或完全替代了传统的化学法,避免了化学试剂的大量使用.同时,等离子体法制备的Pt基催化剂的结构及电化学性能的相关研究,为降低Pt金属用量、提高Pt催化剂活性并推动燃料电池商业化进程拓宽了思路,具有重要的意义.本文归纳了等离子体在碳载体材料改性及铂基催化剂制备的应用研究进展,评价了各研究工作的优势、存在的问题并提出了解决途径.最后,对等离子体法实现载体改性与铂基催化剂协同制备及制备规模化、可控化的发展方向作出了展望.

等离子体;碳载体;改性;铂基催化剂

张达;张传琪;李少龙;何燕

青岛科技大学机电工程学院,山东青岛 266061;青岛科技大学山东省高性能碳材料制备及应用工程实验室,山东青岛 266061;青岛科技大学热能工程实验室,山东青岛 266061

材料导报

[1]张达;张传琪;李少龙;何燕-.等离子体技术应用于碳载体改性及铂基催化剂制备的研究进展)[J].材料导报,2022(24):16-24

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