【摘要】：由于鉑(Pt)特殊的電子結構(空d軌道)使其具有較高的析氫催化活性和催化穩(wěn)定性等優(yōu)勢,在燃料電池、尾氣凈化、石油化工及氫能源制備等領域有著廣泛的應用。然而,純Pt/C作為催化劑,在催化反應的過程中容易產生顆粒聚集,不僅降低Pt的利用率,而且還降低了 Pt的催化活性,阻礙了 Pt在工業(yè)和商業(yè)中的實際運用,使其優(yōu)良的催化性能無法大規(guī)模推廣。因此,研發(fā)一種低Pt用量且高催化活性的Pt基催化劑是當今燃料電池領域的研究熱點。本文采用離子束濺射技術(IBS)制備了不同Ce含量的PtCe/C合金催化劑,接著進行400℃真空熱處理,通過測試合金催化劑的電化學性能確定最優(yōu)Ce含量,最后對Ce含量最優(yōu)樣品進行不同時間的腐蝕。然后,通過CV分析催化劑的析氫峰面積,LSV分析催化劑的交換電流密度;采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜(ICP-AES)分析催化劑的元素含量,X射線衍射(XRD)分析物相組成,高分辨透射電鏡(HR-TEMSTEM)分析催化劑的表面形貌和顆粒結構及晶格相,X射線光電子能譜(XPS)分析表面元素化學態(tài)變化。結果表明:(1)電化學催化性能分析表明靶位移動30mm時制備的PtCe/C合金催化劑的催化性能最好,其交換電流密度最接近純Pt/C催化劑的值,Ce含量達到最優(yōu)。接著對Ce含量最優(yōu)樣進行電化學去合金化處理發(fā)現(xiàn),腐蝕1h的PtCe/C合金催化劑的催化性能最好,其交換電流密度i0達到5.72×10-3A/cm2比純Pt/C(3.9410-3A/cm2)提高了 45.18%,其析氫峰積分面積為5.28×10-4A·V比純Pt/C(2.45×10-4A·V)提高了 115.51%,極大地增加了催化劑與電解液的接觸面積,而Pt載量為9.64×10-2mg/cm2比純Pt/C(1.43×10-1mg/cm2)減少了32.59%,充分體現(xiàn)了低Pt用量高催化活性的特點。(2)XRD檢測發(fā)現(xiàn),腐蝕前后PtCe/C合金催化劑的Pt峰相對于純Pt/C均向大角度偏移,說明Ce的加入導致Pt的晶面間距減小。并且經過電化學去合金處理后,PtCe/C合金催化劑的Pt峰向大角度偏移更大,這是由于去合金化處理刻蝕掉大量Ce元素,產生大量的零維缺陷,不僅降低了晶粒的晶面間距,而且也進一步在樣品表面形成了類蜂窩狀的納米多孔結構,增加了樣品的表面粗糙度和與電解液接觸的比表面積。(3)STEMEDS及HR-TEM檢測分析表明電化學去合金化處理后存在分布均勻、粒徑范圍為6-10nm的以Pt為主要成分的球狀顆粒,裸露在顆粒表面的Pt元素相對含量增高,與反應物接觸更充分,顆粒中Pt的晶面間距相對于標準Pt被壓縮發(fā)生晶格壓縮應變,降低了 Pt與含氧中間體的結合力,提高了 Pt對催化析氫的反應活性。(4)XPS分析表明,電化學腐蝕后樣品的Pt4f峰的結合能向低能級區(qū)移動,使Pt更接近費米能級附近,化合態(tài)pt2+的含量增多49.84%,提高了電子云密度;同時樣品表面存在大量電負性較高且容易得到電子的晶格氧。二者綜合增強PtCe/C合金催化劑的催化活性。
[Abstract]:Platinum (Pt) has been widely used in fuel cell, tail gas purification, petrochemical industry and hydrogen energy preparation due to its high catalytic activity and stability due to its special electronic structure (empty d orbit). However, as a catalyst, pure Pt/C is easy to produce particle aggregation in the process of catalytic reaction, which not only reduces the utilization ratio of Pt, but also reduces the catalytic activity of Pt, which hinders the practical application of Pt in industry and commerce. Its excellent catalytic performance can not be popularized on a large scale. Therefore, research and development of a Pt catalyst with low Pt content and high catalytic activity is a hot topic in fuel cell field. In this paper, PtCe/C alloy catalysts with different Ce content were prepared by ion beam sputtering technique (IBS), and then vacuum heat treatment at 400 鈩，

本文編號：2214411