發(fā)布時間：2021-06-27 12:45

　　能源的可持續(xù)供應(yīng)是能源問題的核心,由于消費需求的增加和儲量限制,化石燃料不再是一種有保障的能源。在未來可再生能源系統(tǒng)中,質(zhì)子交換膜燃料電池成為一種重要的能源轉(zhuǎn)換設(shè)備。從傳統(tǒng)內(nèi)燃機到質(zhì)子交換膜燃料電池,無論是在能源結(jié)構(gòu)還是環(huán)保方面都發(fā)生了重大突破。質(zhì)子交換膜燃料電池具有環(huán)保,室溫啟動快,結(jié)構(gòu)簡單和能量密度高等優(yōu)點,但由于電化學反應(yīng)動力學緩慢引起的高過電位,電池的整體效率受到了一定的限制。Pt基納米催化劑可以緩解這一問題。本文采用不同的策略,優(yōu)化設(shè)計并合成了高性能Pt基納米催化劑,并對其電催化特性進行了研究討論。具體研究內(nèi)容如下:（1）開發(fā)高效、穩(wěn)定的電催化劑是燃料電池走向?qū)嵱玫年P(guān)鍵。為了解決催化劑因尺寸效應(yīng)引起的催化活性和穩(wěn)定性之間的矛盾,采用簡便的一步溶劑熱法設(shè)計合成了具有一維鏈狀結(jié)構(gòu)的Pt-Ni合金納米顆粒催化劑。鏈狀Pt-Ni納米顆粒由平均尺寸約為10 nm的納米顆粒和直徑約為3 nm、長度為幾百納米的納米線組裝而成,該結(jié)構(gòu)具有零維納米顆粒高的比表面積和一維納米線高的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性優(yōu)勢,可顯著提高甲醇氧化反應(yīng)的催化活性和穩(wěn)定性,其質(zhì)量活性和比活性分別是商業(yè)Pt/C納米催化劑的5.7倍和... 

【文章來源】：鄭州大學河南省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：72 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

尺寸效應(yīng)影響下的質(zhì)量活性活性趨勢圖[9].Chorkendorff及其同事使用質(zhì)量選擇的粒徑分布非常窄的Pt納米顆粒研究

1緒論3向從而影響ORR活性。隨著粒徑尺寸的增加，Pt(111)面的比例增加，從而導致了較大的顆粒會具有高的比活性[14]。然而，在不同的電解質(zhì)(HClO4，H2SO4和KOH)中觀察到相似的活性趨勢，這表明納米粒子粒徑尺寸引起的配位數(shù)改變是影響ORR活性主要因素[15]。與先前的報道相反，Nesselberger等人的研究表明，對于負載型催化劑而言，比活性不受納米粒子尺寸影響，而是受納米顆粒中顆粒接近度的高度影響。不同粒徑尺寸的納米顆粒其比活性差異很小，在誤差范圍內(nèi)[16]。考慮到比活性的趨勢，還應(yīng)通過增加納米顆粒尺寸來提高質(zhì)量活性。然而，表面積/體積比與納米顆粒尺寸之間存在反比關(guān)系，當增加納米顆粒尺寸時，Pt納米顆粒的利用率會急劇下降。因此，為了平衡這兩種活性趨勢，Pt納米顆粒需要控制在一個最佳尺寸范圍內(nèi)。圖1.2不同尺寸大小的納米顆粒在穩(wěn)定性測試之前(藍色條)和之后(紅色條)的電化學活性比表面積[17].與活性趨勢相反，納米顆粒的穩(wěn)定性和尺寸之間的相關(guān)性仍不明確。最近的研究表明，一般而言，較大的顆粒穩(wěn)定性更高。如圖1.2所示，與7.2nm的Pt顆粒相比，經(jīng)過加速耐久性測試，2.8nm的Pt納米顆粒的電化學表面積(electrochemicallyactivitysurfacearea,ECSA)發(fā)生了嚴重損失。此外，2.8nm樣品的質(zhì)量活性和比活性也發(fā)生了嚴重的損失如圖1.3(a)和(b)，具體來講，其質(zhì)量活性從約440mA·mgPt-1降低到約230mA·mgPt-1，下降48％，而7.2nm樣品的質(zhì)量活性僅下降7％[17]。單金屬Pt納米顆粒和Pt基合金納米顆粒都顯示出類似的嚴重失活趨勢，即隨納米顆粒尺寸減小穩(wěn)定性變差[18]。根據(jù)上述報道，納米顆粒催化活性與穩(wěn)定性之間的關(guān)系可以歸納如下：當納米顆粒尺寸減小時，活性增

1緒論4加，而穩(wěn)定性下降(如圖1.4)，這就是普遍意義上的尺寸效應(yīng)。因此，在保持高活性的同時增加納米顆粒的穩(wěn)定性對于納米顆粒設(shè)計至關(guān)重要。圖1.3不同尺寸大小的納米顆粒在穩(wěn)定性測試之前(藍色條)和之后(紅色條)的質(zhì)量活性(a)和比活性(b)[17].圖1.4納米顆粒大小對其電催化活性和穩(wěn)定性性的影響示意圖[9].

【參考文獻】：
期刊論文
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[2]Pt-Au核-殼結(jié)構(gòu)納米粒子熱穩(wěn)定性的分子動力學研究[J]. 汪志剛,黃嬈,文玉華.  物理學報. 2013(12)
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[4]立方鉑納米粒子的形狀變化與熔化特性的分子動力學研究[J]. 田惠忱,劉麗,文玉華.  物理學報. 2009(06)
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