本文選題：機(jī)械合金化　切入點(diǎn)：脫合金化　出處：《山東大學(xué)》2015年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：本文中,我們采用機(jī)械合金化方法獲得多種成分配比的A1基前驅(qū)體含Pt合金,結(jié)合脫合金化處理(使用NaOH, HNO3溶液)方法,制備了多種納米多孔Pt基合金電催化劑。所制備的合金催化劑通過X射線衍射,掃描電子顯微鏡,透射電子顯微鏡和高分辨透射電子顯微鏡進(jìn)行表征,同時(shí)對(duì)所得Pt基合金電催化劑進(jìn)行了燃料電池陽極甲醇氧化和陰極氧氣還原反應(yīng)的電化學(xué)催化反應(yīng)實(shí)驗(yàn)。將過渡族金屬元素與貴金屬鉑(Pt)合金化是提高燃料電池催化劑材料的重要措施,因而十分有必要對(duì)其進(jìn)行研究探討。在本實(shí)驗(yàn)中,首先通過機(jī)械合金化制備A166Cu30Pt3Ti1,Al66Cu30Pt2TI2和Al66Cu30Pt1Ti3四元前驅(qū)體合金。對(duì)前驅(qū)體合金進(jìn)行兩步脫合金化處理,通過X射線衍射、掃描／透射電鏡等分析發(fā)現(xiàn)獲得了具有三維雙連續(xù)結(jié)構(gòu)的納米多孔二元PtCu和三元PtCuTi合金。電化學(xué)測(cè)試表明,不同組分的納米多孔Pt基二元、三元合金具有不同的甲醇催化質(zhì)量／面積活性且均優(yōu)于商用PtC催化劑。另外,Ti的加入使三元合金PtCuTi的抗CO中毒性能顯著提高。通過類似的方法將機(jī)械合金化制備的Al80Cu6Ni6Co6Pd1Pt1前驅(qū)體合金經(jīng)過兩步脫合金處理制備納米多孔PtPdAlCu合金。X射線衍射結(jié)合二元平衡相圖分析,可以發(fā)現(xiàn)機(jī)械合金化制備的Al80Cu6Ni6Co6Pd1Pt1前驅(qū)體合金由單一的Al4Cu9相組成。進(jìn)行脫合金處理后的X射線衍射圖像表明,非貴金屬元素(Cu,Al等)溶入Pt面心立方結(jié)構(gòu)中形成了固溶體,通過掃描電子顯微鏡和透射電子顯微鏡分析發(fā)現(xiàn)得到了直徑約1μ m的合金納米顆粒,顆粒內(nèi)部具有開放、雙連續(xù)且交互的孔洞／韌帶結(jié)構(gòu)。元素分布分析發(fā)現(xiàn)每種元素分布均勻,沒有納米顆粒團(tuán)聚現(xiàn)象。進(jìn)一步的電化學(xué)測(cè)試表明,納米多孔PtPdAlCu合金不僅具有比商用PtC催化劑更好的陽極甲醇催化和抗CO中毒性能,還具有優(yōu)異的陰極氧還原性能,包括較高的質(zhì)量／面積催化活性。將機(jī)械合金化得到的Al66Cu30(Pt44Ru41Os10Ir5)4前驅(qū)體合金經(jīng)過一步脫合金處理得到PtRuCuOsIr多元合金。脫合金處理后的X射線衍射表明,Ru, Cu, Os, Ir元素溶入Pt面心立方結(jié)構(gòu)中形成了固溶體合金,通過掃描電子顯微鏡和透射電子顯微鏡分析發(fā)現(xiàn)得到了三維雙連續(xù)的孔洞／韌帶(2.5nm)結(jié)構(gòu)。相應(yīng)的電化學(xué)測(cè)試表明,納米多孔多元PtRuCuOsIr合金具有比商用PtC催化劑更好的甲醇催化、抗CO中毒性能和優(yōu)異的氧還原質(zhì)量／面積催化活性,更表現(xiàn)出持久的氧還原穩(wěn)定性。我們認(rèn)為,不同合金元素的添加對(duì)于Pt電子結(jié)構(gòu)改變不同,合金中Pt原子電子結(jié)構(gòu)的改變對(duì)于催化性能有著重要的影響作用,因此不同程度的改變了Pt基合金催化劑的電催化性能。同時(shí),三維的多孔結(jié)構(gòu)以及相互聯(lián)通的韌帶結(jié)構(gòu)為物質(zhì)和電子傳輸提供了良好的通道,加速了反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)過程。
[Abstract]:In this paper, we use mechanical alloying method to obtain Al base precursor containing Pt alloy with various compositions, and combine with dealloying (NaOH, HNO3 solution) method. A variety of nano-porous Pt based alloy electrocatalysts were prepared and characterized by X-ray diffraction, scanning electron microscope, transmission electron microscope and high-resolution transmission electron microscope. At the same time, the electrochemical catalytic reaction experiments were carried out for the anodic methanol oxidation and cathodic oxygen reduction of the Pt based electrocatalysts. Alloying the transition metal elements with the precious metal platinum (Pt) was used to improve the fuel cell performance. Important measures for catalyst materials, In this experiment, A166Cu30Pt3Ti1A66Cu30Pt2TI2 and Al66Cu30Pt1Ti3 quaternary precursor alloys were prepared by mechanical alloying. Scanning / transmission electron microscopy (TEM) analysis showed that nano-porous binary PtCu and ternary PtCuTi alloys with three-dimensional double-continuous structure were obtained. The ternary alloy has different methanol catalytic mass / area activity and is superior to commercial PtC catalyst. In addition, the addition of Ti can improve the CO toxicity of ternary alloy PtCuTi. The mechanical alloying method is used to prepare the ternary alloy. Nano-porous PtPdAlCu alloy prepared by two-step dealloying of Al80Cu6Ni6Co6Pd1Pt1 precursor alloy. X-ray diffraction and binary equilibrium phase diagram analysis. It can be found that the Al80Cu6Ni6Co6Pd1Pt1 precursor alloy prepared by mechanical alloying is composed of a single Al4Cu9 phase. The X-ray diffraction images after dealloying show that the non-noble metal element (Cu-Al) is dissolved into the Pt face-centered cubic structure to form a solid solution. The results of scanning electron microscopy and transmission electron microscopy show that the alloy nanoparticles with a diameter of about 1 渭 m have an open interior. Double continuous and interactive pore / ligament structure. Element distribution analysis shows that each element is uniformly distributed, and no nanoparticles agglomeration. Further electrochemical tests show that, The nano-porous PtPdAlCu alloy not only has better catalytic performance of anodic methanol and anti-CO poisoning than commercial PtC catalyst, but also has excellent cathodic oxygen reduction performance. The Al66Cu30(Pt44Ru41Os10Ir5)4 precursor alloy obtained by mechanical alloying was treated by one step dealloying to obtain PtRuCuOsIr multicomponent alloy. The X-ray diffraction after dealloying showed that Ruu, Cu, Os, ir elements were dissolved into Pt. A solid solution alloy is formed in the face-centered cubic structure. By scanning electron microscope and transmission electron microscope analysis, the three-dimensional double-continuous pore / ligamentum 2.5 nm structure was obtained. The electrochemical measurements showed that the nano-porous multicomponent PtRuCuOsIr alloy had better methanol catalysis than commercial PtC catalyst. The resistance to CO poisoning and the excellent mass / area catalytic activity of oxygen reduction show the stability of oxygen reduction. We think that the addition of different alloy elements has different changes in the electronic structure of Pt. The changes of the electronic structure of Pt atoms in the alloy have an important effect on the catalytic performance, so the electrocatalytic properties of the Pt based alloy catalysts are changed in varying degrees. The three-dimensional porous structure and the interconnected ligament structure provide a good channel for the transport of matter and electron, and accelerate the kinetic process of the reaction.
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：O643.36;TM911.4

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