在環(huán)境污染日益嚴(yán)重及能源危機(jī)逐漸凸顯的當(dāng)下,尋找新型的、環(huán)境友好的傳統(tǒng)化石類能源替代品已刻不容緩。作為一種能源轉(zhuǎn)換裝置,質(zhì)子膜燃料電池具有高效、穩(wěn)定、安全等多種優(yōu)勢從而成為被廣為認(rèn)可的新能源替代方案。在燃料電池中,陰極發(fā)生的氧還原反應(yīng)效率決定了燃料電池單元的整體工作效率。目前主流的商用Pt納米晶催化劑是將2-5 nm的Pt納米顆粒負(fù)載至襯底制備而來。商用催化劑除本身價(jià)格昂貴原料稀少等問題外,其表現(xiàn)出的催化活性和催化劑耐久性也往往不甚理想。因此,設(shè)計(jì)并制備出具有更高性能的催化劑成為該領(lǐng)域研究的重點(diǎn)之一。在傳統(tǒng)的Pt基ORR納米催化劑的設(shè)計(jì)中,除采用減小催化劑顆粒體積、設(shè)計(jì)賤金屬-貴金屬的核-殼結(jié)構(gòu)催化劑、制備空心結(jié)構(gòu)催化劑等提升催化劑的原子利用率策略外,還有通過合金化、調(diào)節(jié)催化劑表面應(yīng)力、暴露特定晶面等優(yōu)化含氧物種與催化劑表面結(jié)合能的另一設(shè)計(jì)思路。這些Pt基催化劑穩(wěn)定性不足主要?dú)w結(jié)于高質(zhì)量活性所依賴的結(jié)構(gòu)從熱力學(xué)上講不能穩(wěn)定存在,因此似乎高質(zhì)量活性和優(yōu)良的穩(wěn)定性不可兼得。事實(shí)上,我們也可以從提升陰極上Pt基催化劑的長期穩(wěn)定性來降低PEMFCs的成本。例如,具有一維結(jié)構(gòu)的Pt納米線表現(xiàn)出優(yōu)... 

【文章來源】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)安徽省 211工程院校 985工程院校

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【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１．２典型的燃料電池單元工作原理示意圖??

?第１章金屬納米材料催化研宄進(jìn)展???Ｌｏａｄ?????Ｆｕｅｌ?Ｉｎ?１?｜??Ｏｘｔｄａｔｔ?Ｉｎ??Ｈｊ?ｖ＾＞？??Ｕ?Ｊ??Ｐｏａｔｉｉ’ｅ?ｌｏｏ???？￣＾?１??』Ｎｇｇａｔｇｒｅｌｃｐ??Ｈ：Ｃ??ＤｅｐｋｉｅｄＦｕｒｌ?ａｎｄ???Ｉ＞ｐｋｌｅｄＱｘｉｄａｘｔｆ?ａｎｄ??Ｐｒｏｄｕｃｔ?Ｇｉｓｔｓ?Ｏｕｔ?Ｐｒｏｄｏｃｔ?Ｇａｓｅｓ?Ｏｔｘ??Ａｎｏｄｅ—１?｜?Ｌ?Ｃａｔｔｏｄｅ??Ｅｋａｉｏｌｙｔｅ??（Ｔｏｎ?Ｃｃｍｄｕａｏｒ）??圖１．２典型的燃料電池單元工作原理示意圖??１．３催化劑在燃料電池中的應(yīng)用??貴金屬鈾（Ｐｔ）由于其優(yōu)秀的性能而被廣泛研宄，也是目前最成熟，也最??被廣泛應(yīng)用于ＰＥＭＦＣ中催化劑的主要材料。即便如此，昂貴的成本和貴金屬??本身低存有量等因素仍在制約燃料電池的進(jìn)一步推廣和使用。７＿ｕ因此，針對??ＰＥＭＦＣ設(shè)計(jì)制備出具有更高Ｐｔ利用率，更高催化劑性能和穩(wěn)定性的催化劑會??進(jìn)一步促進(jìn)ＰＥＭＦＣ的商業(yè)化進(jìn)程。??叫，＂?＊－??｜?１?＂“辦—：Ｖ．??Ｉ?，?＇?Ｊ?；?！?Ｉ??ｃＴ．?Ａ沖??°?Ａｒ?Ｈ?Ｈ??…?？?？－??０??Ｓ?４?Ｓ?Ｉ?７?Ｉ?Ｉ?１０?１１?１２?１）??ｔｏ〇（Ａｎｎｕａｌ?Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ?（ｋｇ＾ｙｒ））??圖１．３各元素價(jià)格（縱軸）和年均產(chǎn)量（橫軸）關(guān)系示意圖１１??３??

１章金屬納米材料催化研究進(jìn)展???〇？）?（１〇〇）?（１１０）??爸?ｓ?一?一????：??５?＾?■?ｌＡｄｊ＾＾Ｖ?＾＾＊０．１６＊Ｖ??＾????????〇?Ｑ?＊ｖ??ａ?ｓ?ｎ?—?ｍ?？?：￥、?ｐ￣ｊ??＊?°?Ｐｙ＜Ｋ１１１）?Ｐ？（１１１）?Ｐｔ，ＮＩ（１００）?Ｐｔ（１００）?Ｐｔ）Ｎｌ（ＩＩＯ）?Ｐｔ（１１０）??＾ｊｅｙ］?－３．１０?１＾２．７６?－３．１４?－２．９０?－２．７０?｜?－２．５４??圖１．５?Ｐｔ與Ｐｔ３Ｎｉ在氧還原反應(yīng)中的晶面效應(yīng)８??Ｃｈｏｉ等人報(bào)道使用油胺和油酸作為表面活性劑，Ｗ（ＣＯ）６作為ＣＯ源以控??制｛１１１丨面的生長，芐醚作為減少表面活性劑覆蓋的溶劑制備出尺寸為９納米的??Ｐｔ－Ｎｉ八面體納米顆粒。３８經(jīng)過進(jìn)一步的乙酸處理以除去表面活性劑之后，Ｐｔ－Ｎｉ??八面體納米顆粒在０．９３Ｖ時的ＯＲＲ面積比活性比商品化Ｐｔ／Ｃ高５１倍，在０．９Ｖ??時的質(zhì)量活性為３．３Ａ／ｍｇＰｔ。ＴＥＭ、ＥＤＳ、ＸＰＳ、ＸＲＤ分析表明，弓丨入適當(dāng)?shù)??溶劑可以有效消除Ｎｉ顆粒的形成，并顯著減少表面活性劑的表面吸附，留下干??凈、保存完好的八面體Ｐｔ－Ｎｉ納米顆粒的丨１１１｝表面，這對ＯＲＲ活性提高有很大??的幫助。最近，他們采用具有｛１１１｝晶面的在鈀（Ｐｄ）納米晶體，并在其上沉積??了一些Ｐｔ原子層，從而制備出八面體Ｐｔ納米籠，然后蝕刻掉Ｐｄ模板，這也表??現(xiàn)出較高的ＯＲＲ活性，并得益于形狀控制效應(yīng)，而大大提高了穩(wěn)定性。??Ｂ３３?■?＾?３．４??Ｉ?—?／＿??Ｉ?Ｉ???〇〇６７ｊ｜＿＿??Ｍａｓ５?ａｃｔｉｖｉｔｙ?Ｓ

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]鉑納米晶合成中二價(jià)前驅(qū)體的還原動力學(xué)研究（英文）[J]. 周山,楊東翰,趙明,夏幼南.  Chinese Journal of Chemical Physics. 2018(04)
[2]燃料電池的原理、技術(shù)狀態(tài)與展望[J]. 衣寶廉.  電池工業(yè). 2003(01)



本文編號：3232728