【摘要】：通過合理的設(shè)計(jì)貴金屬納米顆粒的尺寸、形貌、組分和表面狀態(tài)將最大化原子利用率會(huì)有效提高電催化劑的高活性和耐久性。因此提出了多種的有效策略,主要可分為兩大類:(1)添加另一種3d過渡金屬(鎳、鈷、銅、鐵)可以形成Pt合金,從而改變活性表面位點(diǎn)的可用性(整體效應(yīng))或反應(yīng)物,中間體和產(chǎn)物的結(jié)合強(qiáng)度(電子和應(yīng)變效應(yīng)),并且進(jìn)一步降低了鉑的用量,這樣可以顯著提高合金催化劑的電催化性能,(2)合成具有獨(dú)特納米結(jié)構(gòu)和形貌的鉑基顆粒,比如一維結(jié)構(gòu)的納米線和納米棒,二維結(jié)構(gòu)的納米片,三維結(jié)構(gòu)的八面體、十二面體,刺球狀,以及各種納米框架和納米籠。此類的納米結(jié)構(gòu)晶體具有超高的比表面積以此提供更多的活性位點(diǎn),最大效率地提高Pt原子的利用率,最終來實(shí)現(xiàn)催化劑活性和穩(wěn)定性的提高。在各種各樣的合成策略中,鉑基納米催化劑的形貌、表面結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成是我們首先考慮的因素,是實(shí)驗(yàn)研究中重中之重。如果能夠有效地調(diào)控這些因素并且使之發(fā)揮最大的效用,那么對(duì)于基礎(chǔ)研究和基于應(yīng)用的研究都具有里程碑式的意義。在本論文中,我們探索并開發(fā)了一種簡單、易控的溶劑熱法來制備各種各樣的的納米晶體催化劑的方法,并且能夠?qū)ζ湫蚊�、表面結(jié)構(gòu)和化學(xué)組分做到有效而精準(zhǔn)的調(diào)控。實(shí)驗(yàn)的研究結(jié)果表述如下:(1)通過一鍋溶劑熱法一步合成了具有超支化納米結(jié)構(gòu)的鉑鎳(Pt-Ni)納米結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)催化劑由分散均勻的納米顆粒組成。在電化學(xué)測試結(jié)果中,Pt-Ni超支化納米結(jié)構(gòu)作為氧還原反應(yīng)催化劑,具有比Pt-Ni納米顆粒和商業(yè)Pt/C催化劑更高的電催化活性和穩(wěn)定性。其出色的電催化性能得益于超支化納米結(jié)構(gòu)往往具有許多活性位點(diǎn),這使Pt原子利用率最大化,并且Pt-Ni超支化納米結(jié)構(gòu)具有大量尖端,導(dǎo)致尖端聚集大量電荷,引起尖端效應(yīng);另一方面就是Pt元素和Ni元素之間形成協(xié)同效應(yīng)。(2)首次制備交叉式雙啞鈴鉑鎳(Pt-Ni)納米結(jié)構(gòu),它是由多個(gè)納米片通過中間的晶體核連接而成,形成一個(gè)開放的三維立體結(jié)構(gòu)。電化學(xué)測試結(jié)果表明該三元納米合金在醇氧化和氧還原反應(yīng)中表現(xiàn)出出色的催化活性,以及極高的抗CO毒化性能,其主要原因在于Pt-Ni雙金屬合金中的晶格失配應(yīng)變會(huì)導(dǎo)致d帶中心的降低,這會(huì)削弱Pt和O之間的吸附能,從而提高ORR的電催化性能。另一方面,Ni的存在會(huì)降低催化劑表面上的含氧物質(zhì)如CO的化學(xué)吸附,從而提高M(jìn)OR期間的CO耐受性。另外Pt和Ni之間的協(xié)同效應(yīng)有利于增強(qiáng)ORR和MOR。
【學(xué)位授予單位】：廣西大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TM911.4;O643.36
【圖文】：

廣西大學(xué)碩士學(xué)位論文鉑鎮(zhèn)異形結(jié)構(gòu)納米值化劑的制備及其電值化性能研究逡逑子，即發(fā)生了電化學(xué)氧化反應(yīng)（陽極反應(yīng)）：逡逑Ｈ２＾２Ｈ＋＋２ｅ＇邐Ｅ邋＝邋ＯＶ邐（１－１）逡逑隨后產(chǎn)生的質(zhì)子穿過質(zhì)子交換膜最終到達(dá)陰極催化劑層，與此同時(shí)外電路的逡逑子通過陰極氣體擴(kuò)散層到達(dá)陰極催化劑層，最終電子，氫離子和氧氣聚集在一逡逑發(fā)生氧氣的電化學(xué)還原反應(yīng)（陰極反應(yīng)）：逡逑１／２邋０２邋＋邋２邋Ｈ＋邋＋邋２邋ｅ邐Ｈｉ0邋Ｅ＝邋１．２３邋Ｖ邐（１－２）逡逑則合并起來的總的反應(yīng)式是：逡逑Ｈ２邋＋邋１／２邋０２邋＾邋Ｈ２０邐Ｅ＝邋１．２３邋Ｖ邐（１－３）逡逑：ｉ極板逡逑

交換膜燃料電池中的氧還原反應(yīng)機(jī)理逡逑邐ｉｔ邐逡逑0２＾0２，ｄ＾邋Ｈ２0２．ａＡＨ２0逡逑ＬｖＪｌｈ逡逑ｎ２ｏ２逡逑圖１－３氧還原反應(yīng)機(jī)理圖逡逑Ｆｉｇ．邋１－３邋Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｏｘｙｇｅｎ邋ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ邋ｒｅａｃｔｉｏｎ逡逑氧還原的反應(yīng)機(jī)理（如圖１－３）可以更清楚地了解反應(yīng)速率控制影響因素，進(jìn)而能夠從機(jī)理方面去改進(jìn)和完善陰極催化劑。逡逑

邐Ｏｘｙｇｅｎ逡逑Ｈ邋２邐ＡｎｏｄｅＩＣａｔｈｏｄｅ邐0２逡逑＿逡逑Ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ邋Ｉ逡逑圖１－２單個(gè)燃料電池的結(jié)構(gòu)示意圖逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ邋ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ａ邋ｓｉｎｇｌｅ邋ｆｕｅｌ邋ｃｅｌｌ逡逑１．２質(zhì)子交換膜燃料電池中的氧還原反應(yīng)機(jī)理逡逑邐ｉｔ邐逡逑0２＾0２，ｄ＾邋Ｈ２0２．ａＡＨ２0逡逑ＬｖＪｌｈ逡逑ｎ２ｏ２逡逑圖１－３氧還原反應(yīng)機(jī)理圖逡逑Ｆｉｇ．邋１－３邋Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｏｘｙｇｅｎ邋ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ邋ｒｅａｃｔｉｏｎ逡逑研宄氧還原的反應(yīng)機(jī)理（如圖１－３）可以更清楚地了解反應(yīng)速率控制步驟，逡逑探宄各種影響因素，進(jìn)而能夠從機(jī)理方面去改進(jìn)和完善陰極催化劑。逡逑在ＰＥＭＦＣ的酸性溶液中，氧還原反應(yīng)總方程式如下所示：逡逑０：邋＋邋４Ｈ＋邋＋邋４ｅ－邋＾邋２Ｈ２０邐Ｅ＝邋１．２３邋Ｖ邐（１－７）逡逑在ＰＥＭＦＣ的堿性溶液中，氧還原反應(yīng)總方程式如下所示：逡逑0２邋＋邋２Ｈ２０邋＋邋４ｅ邋＾邋４０Ｈ－邐Ｅ邋＝邋０．４０邋Ｖ邐（１－８）逡逑氧還原基本上有２種路徑，分別是直接四電子還原路徑和間接二電子還原路逡逑徑，主要區(qū)別在于兩種從氧氣生成水（０２—Ｈ２０）的過程中氧氣分子之間

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本文編號(hào)：2778132