【摘要】：本論文的主要研究工作是制備“非保護(hù)型”鉑及鉑基金屬合金膠體與含氮單壁碳納米角自組裝得到的電化學(xué)催化劑,并應(yīng)用于電化學(xué)催化氧還原和甲醇氧化反應(yīng)。1 )、以含氮單壁碳納米角與乙二醇及簡單離子保護(hù)的鉑釕膠體為結(jié)構(gòu)基元自組裝得到一種新型燃料電池陽極催化劑(PtRu/NSWCNHs)。對(duì)比該催化劑與相同制備方法得到的以vulcan XC72碳為載體的電催化劑(PtRu/C-HM)及商用催化劑(PtRu/C-JM)在氮?dú)饷摎獾?M CH_3OH+0.5M H_2SO_4溶液中對(duì)甲醇氧化的電催化活性。在60℃下,0.05-0.9V電位范圍內(nèi),PtRu/NSWCNHs催化劑對(duì)甲醇氧化的反應(yīng)活性明顯優(yōu)于PtRu/C-HM催化劑及商用PtRu/C-JM催化劑(質(zhì)量活性@peak分別為自制PtRu/C-HM和商用PtRu/C-JM催化劑的1.7和2.5倍)。經(jīng)過定電位試驗(yàn)得到PtRu/NSWCNHs催化劑的I-t曲線整體位于其它兩種電催化劑的I-t曲線之上,其亞穩(wěn)態(tài)電流值約為另兩種催化劑的2倍,表現(xiàn)出了良好的長期催化性能。并通過XPS,TEM表征進(jìn)一步討論了含氮納米角作為載體對(duì)甲醇氧化反應(yīng)電催化劑的影響。因?yàn)槠涑錾碾娀瘜W(xué)催化活性、良好的長期催化性能、簡單的組成和方便的制備工藝,PtRu/NSWCNHs是一種很有潛力的DMFC陽極催化劑。2)、以含氮單壁碳納米角與“非保護(hù)”鉑膠體為結(jié)構(gòu)基元自組裝得到一種新型燃料電池陰極催化劑。該催化劑在氧氣飽和的高氯酸溶液中對(duì)于氧還原反應(yīng)的電催化活性優(yōu)于商用催化劑(面積比活性和動(dòng)力學(xué)電流質(zhì)量活性分別為商用催化劑的1.6倍和1.75倍)。在30℃C,0.6-1.1V電壓范圍內(nèi),經(jīng)15000個(gè)電壓循環(huán)后,催化劑對(duì)氧還原的電催化能力幾乎沒有降低;而在60℃C下進(jìn)行10000個(gè)電壓循環(huán)后,催化劑對(duì)氧還原反應(yīng)的催化活性下降了 10%,相對(duì)于商用催化劑下降了33%,穩(wěn)定性有較大的提高。通過對(duì)經(jīng)過加速老化試驗(yàn)后的催化劑進(jìn)行TEM表征得到,在經(jīng)過加速老化試驗(yàn)后,Pt/NSWCNH催化劑中的Pt納米粒子更加穩(wěn)定,粒徑增大的幅度明顯小于商用催化劑,這是其穩(wěn)定性提高的主要原因。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,所制備的新型燃料電池陰極催化劑具備良好的電催化活性并在室溫及電池實(shí)際使用溫度下均有優(yōu)異的穩(wěn)定性,具有很好的實(shí)用價(jià)值。3) 通過nitrene反應(yīng)在多壁碳納米管上引入芳基溴,與5 -p-hydroxyphenyl-10,15,20-triphenyl-porphyrin (MHTPP) 和5-p-aminophenyl-10,15,20-triphenyl-porphyrin (MATPP)卟啉化合物反應(yīng)得到新型的卟啉/多壁碳納米管納米復(fù)合物。使用紅外、紫外、TEM、Raman和TGA對(duì)得到的納米復(fù)合物進(jìn)行表征,確認(rèn)卟啉化合物成功的通過共價(jià)鍵連接在多壁碳納米管的管壁上。由Raman譜圖分析得到,這種對(duì)多壁碳納米管進(jìn)行表面修飾的方式可以很大程度保留碳材料的電子特性。由熒光發(fā)射譜圖看出,這種結(jié)構(gòu)可以有效促進(jìn)碳納米管和卟啉間的能量和電子轉(zhuǎn)移。
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【學(xué)位授予單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TM911.4;O643.36

【參考文獻(xiàn)】

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2 陸天虹,孫公權(quán);我國燃料電池發(fā)展概況[J];電源技術(shù);1998年04期

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1 王家鈞;直接甲醇燃料電池陰極Pt/C催化劑研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2008年

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本文編號(hào)：2460898