【摘要】：近年來,面對日益嚴(yán)重的能源和環(huán)境問題,燃料電池作為一種新能源引起人們廣泛關(guān)注,其中多元醇(如乙二醇、丙三醇)和甲酸因具有能量密度大、沸點(diǎn)高等優(yōu)點(diǎn),被用作常用原料。此外,氫能作為一種高效的清潔能源也一直是研究熱點(diǎn)之一。在新能源應(yīng)用領(lǐng)域,Pd基納米材料具有優(yōu)異的電催化性能。本文通過簡單的一鍋濕化學(xué)法合成了四種核殼結(jié)構(gòu)的Pd基雙金屬納米材料,并用透射電子顯微鏡(TEM)、X射線粉末衍射(XRD)、X射線光電子能譜(XPS)、熱重分析(TGA)、拉曼光譜(Raman)等對材料的微觀結(jié)構(gòu)和組成進(jìn)行表征,同時(shí)深入探究了納米材料的形成機(jī)理及其對電化學(xué)反應(yīng)的催化能力和穩(wěn)定性。具體研究內(nèi)容分為以下四部分:1.花狀A(yù)u@AuPd納米材料的合成及其高效電催化甲酸氧化反應(yīng)和析氫反應(yīng)用2,4-二氨基-6-羥基嘧啶為形貌導(dǎo)向劑,聚乙烯吡咯烷酮為表面活性劑、抗壞血酸為還原劑,用一鍋法在15 min內(nèi)制備了花狀A(yù)u@AuPd NCs,平均粒徑為31 nm。由于獨(dú)特的花狀形貌,材料的電化學(xué)活性面積高達(dá)62.68 m~2 g~( 1)Pd,對甲酸氧化(質(zhì)量活性為1250 mA mg~( 1)Pd)和析氫反應(yīng)(Tafel斜率為34 m V dec~( 1))表現(xiàn)出優(yōu)異的催化活性。該材料合成簡便、成本較低、有優(yōu)異的催化性能,具有很大的應(yīng)用前景。2.一鍋法可控合成AuPd@Pd NCs及其對甲酸氧化和丙三醇氧化的電催化以7-茶堿乙酸為結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑,聚乙烯吡咯烷酮為表面活性劑,抗壞血酸為還原劑,用簡便的一鍋還原法在堿性條件下合成了簇狀A(yù)uPd@Pd NCs。通過改變7-茶堿乙酸的濃度和金屬前驅(qū)體的投料比探究了AuPd@Pd NCs的形成機(jī)理。在堿性條件下所合成的納米催化劑對甲酸氧化和丙三醇氧化具有很強(qiáng)的電催化性能,質(zhì)量活性分別是商業(yè)Pd黑的15.1和9.8倍,這歸功于雙金屬間的協(xié)同作用和材料獨(dú)特的簇狀核殼結(jié)構(gòu)。3.多刺結(jié)構(gòu)Pt@Pd NCs的簡便合成及其對乙二醇氧化、丙三醇氧化和析氫反應(yīng)的電催化以2-吡咯烷酮-5-羧酸鈉作為調(diào)控分子,水合肼為還原劑,用一鍋法合成了具有刺狀結(jié)構(gòu)的Pt@Pd NCs。該材料相比于Pt和Pd單金屬晶體,或商業(yè)Pt黑和Pd黑催化劑,對乙二醇氧化(質(zhì)量活性為688.1 mA mg~( 1),500圈之后峰電流密度仍保留初始的92.38%)、丙三醇氧化(質(zhì)量活性為334.5 m A mg~( 1),500圈之后峰電流密度仍保留初始的93.92%)和析氫反應(yīng)(初始電位為26 mV)均表現(xiàn)出增強(qiáng)的電催化性能,表明金屬納米催化劑的微觀結(jié)構(gòu)和雙金屬間的協(xié)同作用對材料電催化性能有重要影響。4.石墨烯負(fù)載簇狀PtPd@Pd NCs對丙三醇氧化和析氫反應(yīng)的電催化以聚賴氨酸為結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑,水合肼為還原劑,在堿性條件下同時(shí)還原金屬前驅(qū)體和氧化石墨烯,制備了石墨烯負(fù)載簇狀PtPd@Pd NCs/rGO,其晶體生成過程包括金屬前驅(qū)體的還原、各向異性生長、外延生長和過生長。該催化劑具有較大的活性面積(51.65 m~2 g~( 1)Pt),對丙三醇氧化(質(zhì)量活性為578.69 mA mg~( 1))和析氫反應(yīng)(Tafel斜率為28 mV dec~( 1))的電催化性能。
【學(xué)位授予單位】：蘇州科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：O643.36;TB383.1
【圖文】：

圖 1-1 直接甲醇燃料電池（A）和質(zhì)子交換膜電池示意圖（B）AFCs 常用甲酸和多元醇如乙二醇、丙三醇作為原料，與一元醇燃料相比，它們具有毒性低、燃點(diǎn)高、能量密度大、商業(yè)效應(yīng)好和成本低等優(yōu)點(diǎn)。1.2.1 乙二醇燃料電池乙二醇是一種應(yīng)用廣泛的工業(yè)燃料，全球每年產(chǎn)量約 700 萬噸[10]。乙二醇的電氧化過程比較復(fù)雜，在氧化過程中會產(chǎn)生許多副產(chǎn)物[11]： CH OH CHOH 10OH 2CO 8HO 10e2222（1） CH OH CHOH 14OH 2CO 10HO 10e22223（2） CH OH CHOH 10OH COO COO 8HO 8e222（3） CH OH CHOH 8OH 2HCOO 6HO 6e222（4） CH OH CHOH 5OH CHOH COO 4HO 4e2222（5）由上可知，乙二醇在電極表面氧化時(shí)會隨著過電位的不同產(chǎn)生許多小分子中間產(chǎn)物，如碳酸根離子（反應(yīng) 2），草酸根離子（反應(yīng) 3），甲酸根離子（反應(yīng) 4），

大學(xué)碩士學(xué)位論文 第過脫氫反應(yīng)氧化，并且催化能力特別強(qiáng)。此外，CO 在 Pd 金非常緩慢，將 Pd 金屬與另一種金屬合金化也能提高催化劑對阻率[22]。目前關(guān)于 Pd 基納米催化劑對甲酸氧化性能的研究已備方法、合金化、引入載體等都有很深入的研究，最近的研究形貌的調(diào)控。如南京師范大學(xué)唐亞文課題組通過一鍋法制備了片[23]，橫向長度約為 2.5 μm，厚度僅為 10 nm（如圖 1-2A 和 B），2g 1,對甲酸氧化的質(zhì)量活性達(dá) 409.3 mAmg 1[23]；在乙二胺四亞合成了平均長度為 11 nm 的納米立方體（如圖 1-2 C 和 D），）晶面生長，ECSA 為 10 m2g 1，質(zhì)量活性為 336 mAmg 1[24]。酸氧化有出眾的催化活性和穩(wěn)定性。A B

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