本文關(guān)鍵詞：Cu摻雜對(duì)PtAu和PdAu納米顆粒陽(yáng)極電催化劑的活性影響研究

  更多相關(guān)文章： Cu摻雜 鉑基/鈀基電催化劑 去合金化 核-殼結(jié)構(gòu) 還原氧化石墨烯-碳納米管 循環(huán)伏安法

【摘要】：目前,Pt基、Pd基多元金屬納米催化劑仍然是燃料電池陽(yáng)極催化劑的主要研究?jī)?nèi)容,其中PtAu. PdAu二元催化劑受到了研究者們的廣泛關(guān)注。研究表明,多元金屬之間存在“協(xié)同作用”、“電子效應(yīng)”、“雙功能效應(yīng)”甚至“第三體效應(yīng)”,這大大提高了Pt基、Pd基催化劑的活性和穩(wěn)定性,同時(shí)阻止了CO在催化劑表面的吸附,提高了使用壽命。本論文利用PtAu或PdAu過渡金屬的協(xié)同作用,并在此基礎(chǔ)上添加另一種易于腐蝕溶解的Cu元素,使其在硫酸溶液中實(shí)現(xiàn)去合金化,所得催化劑不僅比表面積增大,而且具有獨(dú)特的空間結(jié)構(gòu)特征,即核-殼結(jié)構(gòu)。另外,催化劑的性能還會(huì)受到載體的影響。鑒于石墨烯具有較大的比表面積和優(yōu)異的電子傳導(dǎo)能力,將碳納米管與之相結(jié)合,在一定程度上可以提供額外的表面積,也會(huì)減少載體的團(tuán)聚現(xiàn)象,產(chǎn)生空間相互作用,從而使得貴金屬在負(fù)載物上具有更高的利用率,同時(shí)石墨烯表面的活性中心與貴金屬之間的協(xié)同作用也會(huì)提升催化劑對(duì)醇類的電催化氧化活性。主要研究?jī)?nèi)容如下：首先,采用液相還原法制備碳納米顆粒負(fù)載鉑基催化齊(Pt10AuioCu80/C, Pt20Au20Cu60/C, Pt30Au30Cu40/C, Pt40Au40Cu20/C 和 Pt50Au50/C),硼氫化鈉作為還原劑,控制Pt、Au原子比為1:1,不斷增加Cu的含量,所得催化劑在0.5M H2SO4溶液中進(jìn)行電化學(xué)循環(huán)伏安掃描(活化處理),隨著Cu在催化劑中不斷腐蝕溶解,形成貴金屬富集的核-殼結(jié)構(gòu)。通過XRD、EDX、TEM、 XPS以及CV等測(cè)試方法,對(duì)活化前后的催化劑進(jìn)行分析對(duì)比,可知Cu元素的大量溶解使得金屬納米顆粒表面的Pt. Au原子發(fā)生重構(gòu)現(xiàn)象,這就增大了貴金屬的利用率；另一方面,還會(huì)導(dǎo)致催化劑內(nèi)部晶格失配、應(yīng)變、缺陷和位錯(cuò),形成PtAuCu(核)-PtAu(殼)結(jié)構(gòu)�；罨癈u含量越高,活化過程中就會(huì)提供充足的去合金化通道,活化后內(nèi)部剩余的Cu原子越少,因此酸化處理以后的P t10Au10Cu80/C納米催化劑對(duì)有機(jī)小分子表現(xiàn)出優(yōu)異的電催化性能和穩(wěn)定性。為了進(jìn)一步提高陽(yáng)極催化劑的各項(xiàng)性能,采用水熱法合成還原氧化石墨烯(rGO)-碳納米管(CNT)三維復(fù)合材料,以此作為載體。同樣利用液相還原法,制備rGO-CNT負(fù)載鈀基催化劑(Pd/rGO-CNT, PdAu/rGO-CNT, PdAuCu(10%)/rGO-CNT, PdAuCu(30%)/rGO-CNT, PdAuCu(50%)/rGO-CNT)。實(shí)驗(yàn)表明,三維結(jié)構(gòu)載體通過π-π鍵、氫鍵以及靜電作用形成,這種納米復(fù)合物不僅有效避免了石墨烯層之間的團(tuán)聚現(xiàn)象,而且增大了活性表面積,使金屬納米顆粒更加容易、均勻地附著在載體之上。加之Cu元素脫合金化后形成的富貴金屬核-殼結(jié)構(gòu),也會(huì)增加催化劑的活性位點(diǎn)數(shù)量,使其在堿性環(huán)境中對(duì)醇類的電氧化活性顯著提高。通過電化學(xué)循環(huán)伏安法(CV)、阻抗圖譜(EIS)等測(cè)試手段,發(fā)現(xiàn)Pd基催化劑在堿性環(huán)境中對(duì)乙醇溶液的電催化氧化性能更高。
【關(guān)鍵詞】：Cu摻雜 鉑基/鈀基電催化劑 去合金化 核-殼結(jié)構(gòu) 還原氧化石墨烯-碳納米管 循環(huán)伏安法
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O643.36;TB383.1
【目錄】：

• 摘要3-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 緒論12-24
• 1.1 引言12
• 1.2 燃料電池12-15
• 1.2.1 燃料電池的原理12-14
• 1.2.2 燃料電池的特點(diǎn)14-15
• 1.3 直接醇類燃料電池15
• 1.4 直接甲酸燃料電池15-16
• 1.5 燃料電池陽(yáng)極催化劑16-17
• 1.5.1 Pt基催化劑16-17
• 1.5.2 Pd基催化劑17
• 1.6 陽(yáng)極催化劑的制備方法17-19
• 1.6.1 液相還原法17-18
• 1.6.2 自還原法18
• 1.6.3 電化學(xué)沉積法18
• 1.6.4 脫合金化法18-19
• 1.7 影響陽(yáng)極催化劑電催化性能的因素19-21
• 1.7.1 粒徑19
• 1.7.2 晶體結(jié)構(gòu)19-20
• 1.7.3 中間產(chǎn)物20
• 1.7.4 載體20-21
• 1.7.5 還原溶液pH值21
• 1.8 本論文研究?jī)?nèi)容21-24
• 1.8.1 PtAuCu/C納米催化劑對(duì)甲酸、甲醇和乙醇的電催化活性研究21
• 1.8.2 PdAuCu/rGO-CNT三維納米催化劑對(duì)醇類的電催化活性研究21-24
• 第二章 PtAuCu/C催化劑的去合金化及其催化性能研究24-42
• 2.1 前言24-25
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分25-26
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)藥品和儀器25
• 2.2.2 Pt_xAu_xCu_(100-2x)/C(X=10, 20, 30, 40, 50)納米催化劑的合成25
• 2.2.3 工作電極的制備25-26
• 2.2.4 催化劑的表征及電催化性能測(cè)試26
• 2.3 結(jié)果與討論26-41
• 2.3.1 Pt_xAu_xCu_(100-2x)/C催化劑的物理表征26-32
• 2.3.2 Pt_xAu_xCu_(100-2x)/C催化劑的電化學(xué)測(cè)試32-40
• 2.3.3 Pt_xAu_xCu_(100-2x)/C催化劑的電催化性能評(píng)價(jià)40-41
• 2.4 本章小結(jié)41-42
• 第三章 PdAuCu/rGO-CNT催化劑的去合金化及其催化性能研究42-66
• 3.1 前言42-43
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分43-46
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)藥品和儀器43-44
• 3.2.2 PdAuCu/ rGO-CNT三維納米催化劑的合成44
• 3.2.3 工作電極的制備44-45
• 3.2.4 催化劑的表征及電催化性能測(cè)試45-46
• 3.3 結(jié)果與討論46-64
• 3.3.1 PdAuCu/rGO-CNT三維納米催化劑的物理表征46-53
• 3.3.2 PdAuCu/rGO-CNT三維納米催化劑的電化學(xué)測(cè)試53-63
• 3.3.3 PdAuCu/rGO-CNT三維納米催化劑的電催化性能評(píng)價(jià)63-64
• 3.4 本章小結(jié)64-66
• 第四章 結(jié)論66-68
• 參考文獻(xiàn)68-80
• 致謝80-82
• 攻讀碩士學(xué)位期間的科研成果82

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前8條

1 王旭紅;殷仕龍;馬冠云;阮世棟;紀(jì)網(wǎng)金;;不同pH值對(duì)直接乙醇燃料電池Pt-SnO_2/C電催化性能的影響[J];材料導(dǎo)報(bào);2015年14期

2 郇昌永;馬磊;呂德義;鄭遺凡;季來軍;李小年;;新型無氫胺化催化劑PdH_x-Pd/C的水合肼還原法制備及形成機(jī)制研究[J];無機(jī)材料學(xué)報(bào);2013年10期

3 溫祝亮;楊蘇東;宋啟軍;郝亮;張校剛;;石墨烯負(fù)載高活性Pd催化劑對(duì)乙醇的電催化氧化[J];物理化學(xué)學(xué)報(bào);2010年06期

4 陸天虹;唐亞文;張玲玲;高穎;;直接甲酸燃料電池的優(yōu)越性[J];電池工業(yè);2007年06期

5 陸天虹;直接醇類燃料電池——一種可能最早商品化的燃料電池[J];科學(xué)中國(guó)人;2005年01期

6 衣寶廉;燃料電池的原理、技術(shù)狀態(tài)與展望[J];電池工業(yè);2003年01期

7 侯中軍,俞紅梅,衣寶廉,林治銀,張華民;高活性的PtRu/C抗CO催化劑[J];電源技術(shù);2002年04期

8 侯中軍,俞紅梅,衣寶廉,韓明;質(zhì)子交換膜燃料電池陽(yáng)極抗CO催化劑的研究進(jìn)展[J];電化學(xué);2000年04期

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前2條

1 譚野;直接液體燃料電池新型陽(yáng)極催化劑的制備與表征[D];長(zhǎng)春理工大學(xué);2014年

2 張炳;直接液體燃料電池陽(yáng)極電催化劑研究[D];湖南大學(xué);2009年

，

本文編號(hào)：879392