【摘要】：時(shí)至今日,鉑碳催化劑一直是質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)中應(yīng)用最廣泛且性能最好的陰極催化劑。然而由于其較差的催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)及穩(wěn)定性,通常需要對(duì)鉑碳催化劑進(jìn)行改進(jìn)處理。前期研究發(fā)現(xiàn)輝光放電電子還原在制備貴金屬催化劑時(shí),可以控制貴金屬納米顆粒的粒徑大小,增強(qiáng)其與載體的相互作用,進(jìn)而提高催化劑的催化活性和穩(wěn)定性。本文在前期研究的基礎(chǔ)之上,利用輝光放電電子還原在添加生物助劑以及摻雜Pd元素等不同條件下,制備了一系列經(jīng)過(guò)改進(jìn)的鉑基催化劑,并全面分析總結(jié)了由結(jié)構(gòu)形貌不同而導(dǎo)致的活性、穩(wěn)定性顯著提高的原因。本文首先討論了利用輝光放電電子還原于硬模板陽(yáng)極氧化鋁(AAO)表面制備貴金屬納米顆粒的可行性。制備得到的Ag/AAO復(fù)合材料具有優(yōu)異的光學(xué)性質(zhì)和表面拉曼增強(qiáng)特性。材料中的Ag納米顆粒在AAO表面以聚團(tuán)的形式存在,并且樣品的宏觀顏色正是取決于這些聚團(tuán)的尺寸大小,而與單個(gè)Ag納米顆粒的粒徑關(guān)系較小。這一研究結(jié)果說(shuō)明,在沒(méi)有保護(hù)劑、分散劑等有機(jī)試劑的影響下,通過(guò)輝光放電電子還原制備貴金屬納米顆粒,可以更本征準(zhǔn)確地分析其性質(zhì)與納米顆粒之間的關(guān)系,這也為通過(guò)輝光放電電子還原制備Pt基催化劑的研究提供了基礎(chǔ)。之后,本文討論了利用輝光放電電子還原制備的Pt/C-E催化劑在氧還原反應(yīng)上的評(píng)價(jià)結(jié)果。通過(guò)旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)電極技術(shù)測(cè)試發(fā)現(xiàn),Pt/C-E催化劑的活性要高于傳統(tǒng)商業(yè)Pt/C催化劑,同時(shí)穩(wěn)定性也有一定的提高。催化劑表征發(fā)現(xiàn)經(jīng)等離子體還原得到的Pt納米顆�；疽�(111)晶面為主,并含有少量的(200)晶面。正是這點(diǎn)特性導(dǎo)致其與氧的晶面結(jié)合能顯著降低,進(jìn)而提高了其催化活性和穩(wěn)定性。以生物成分作為助劑制備貴金屬納米顆粒的方法具有粒徑形貌可控,方便快捷等諸多優(yōu)勢(shì)。而結(jié)合等離子體制備的Pt-Peptide樣品更是具有突出的光催化活性。在本文中,借助多肽KLVFF,利用輝光放電電子還原制備的Pt(111)-P/C催化劑不僅具有優(yōu)異的ORR催化活性和穩(wěn)定性,其粒徑形貌等也具有突出特點(diǎn)。催化劑中的Pt納米顆粒暴露晶面幾乎全部為(111)晶面,同時(shí)粒徑僅有2 nm左右,且不隨載量的變化而改變。這樣的粒徑形貌特性使其獲得了最小的與氧的晶面結(jié)合能。此外,多肽的引入,不僅顯著增加了催化劑對(duì)電子的傳遞速率,碳載體上也被摻雜氮元素,從而進(jìn)一步提高了對(duì)氧氣的吸附能力。通過(guò)加入Au、Pd或過(guò)渡金屬元素制備的Pt基合金催化劑已經(jīng)被證明是一種改進(jìn)鉑碳催化劑的有效途徑。在本文中,利用輝光放電電子還原制備了PtPd/C催化劑,并對(duì)其進(jìn)行了表征和電化學(xué)評(píng)價(jià)。催化劑中的Pt、Pd兩種元素以合金的形式存在,其平均粒徑只有2.5 nm左右。此外,由于氧還原反應(yīng)的中間體OHads集團(tuán)與PtPd合金表面的結(jié)合能更低。同時(shí)合金納米顆粒仍主要以(111)面為主,其氧氣分解速率也相對(duì)較高。這兩點(diǎn)因素使得PtPd/C催化劑具有優(yōu)異的ORR催化活性和穩(wěn)定性。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ426;TM911.4

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本文編號(hào)：2449709