氧還原反應(yīng)（ORR）對(duì)于燃料電池等新能源技術(shù)的開(kāi)發(fā)具有重要的意義。然而,ORR的反應(yīng)機(jī)理復(fù)雜,反應(yīng)速率緩慢,并且伴隨著巨大的活化能壘,需要催化劑誘導(dǎo)生成低能量的中間物來(lái)促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行。目前能實(shí)際運(yùn)用在燃料電池中的ORR催化劑大部分都具有很高的貴金屬Pt負(fù)載,比如商業(yè)Pt/C催化劑。但是,貴金屬Pt屬于稀缺的資源,價(jià)格昂貴,是使得燃料電池的制作成本一直居高不下的原因之一,也間接導(dǎo)致了燃料電池的商業(yè)化應(yīng)用遲遲不能實(shí)現(xiàn)。為了減少Pt的使用量,降低成本,開(kāi)發(fā)出具有高性能的低鉑含量ORR催化劑,促進(jìn)燃料電池的大規(guī)模應(yīng)用,本課題開(kāi)發(fā)了鉑（Pt）-鐠（Pr）和鉑（Pt）-鈷（Co）-鎢（W）等Pt基二元合金催化劑、Pt基三元合金催化劑作為商業(yè)Pt/C的替代品。Pt基合金催化劑不僅能大大降低貴金屬Pt的使用量,同時(shí)還能進(jìn)一步提高催化劑的電催化性能。本課題制備了一系列不同的Pt基合金,探索了其形貌、結(jié)構(gòu)以及ORR催化性能,最后利用XPS、XAS、DFT等手段對(duì)于催化劑電催化性能提高的原因進(jìn)行了詳細(xì)地分析。本課題有助于進(jìn)一步弄清楚氧還原反應(yīng)復(fù)雜的動(dòng)力學(xué)過(guò)程以及對(duì)制備新一代低成本高性能電催化劑有一定的指導(dǎo)作... 

【文章來(lái)源】：北京化工大學(xué)北京市 211工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖１－１酸性溶液中ＯＲＲ過(guò)程示意圖??Ｆｉｇ．?１－１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ＯＲＲ?ｐｒｏｃｅｓｓ?ｉｎ?ａｃｉｄ?ｓｏｌｕｔｉｏｎ??

。１、表面積，有利于催化劑粒子在其上負(fù)載得更多；２）、合適的孔隙率，促進(jìn)氣流；３）、??高電導(dǎo)率；４）、工作條件下的高穩(wěn)定性。目前應(yīng)用最廣泛的碳材料催化劑載體是炭黑，??它具有良好的導(dǎo)電性和大的比表面積，但是炭黑載體與金屬顆粒的結(jié)合力不甚強(qiáng)，并??且在燃料電池運(yùn)行階段容易遭受腐蝕，使得金屬顆粒更容易脫落。碳納米管（ＣＮＴ）??具有很多優(yōu)點(diǎn)，是可以代替炭黑的載體之一。ＣＮＴ具有高導(dǎo)電性，高比表面積，擁有??許多中孔結(jié)構(gòu)，使得金屬顆粒能夠高度分散在其表面或者孔結(jié)構(gòu)內(nèi)。相對(duì)于炭黑，ＣＮＴ??具有更高的催化活性和穩(wěn)定性。不過(guò)，碳納米管的商業(yè)化應(yīng)用也存在一些的問(wèn)題，首??先是成本問(wèn)題，ＣＮＴ與炭黑相比其成本較高。與ＣＮＴ相比，石墨烯（或還原氧化石??墨烯，ＲＧＯ）不僅具有相似的穩(wěn)定物理性質(zhì)，而且具有更大的表面積（理論值２６３０ｍ２??ｇ４），石墨烯作為載體也許會(huì)有比ＣＮＴ更好的效果。??

?北京化工大學(xué)碩士學(xué)位論文???武?ｌｉ?Ａｌｌｏｙ?？Ｐｔ?〇Ｆｒ??難??ｒＧＯ?Ｐｔ－Ｐｒ／ｒＣＯ??圖３＿１?—步法制備石墨烯負(fù)載Ｐｔ－Ｐｒ二元合金示意圖??Ｆｉｇ．?３－１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｏｎｅ－ｐｏｔ?ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｇｒａｐｈｅｎｅ－ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ?Ｐｔ－Ｐｒ?ｂｉｎａｒｙ?ａｌｌｏｙ??具體實(shí)驗(yàn)步驟包括：稱�。担埃恚缡珛D于燒杯中，同時(shí)量�。担埃恚桃叶加谕�??燒杯，超聲１０分鐘至石墨烯均勻分散在乙二醇中。此時(shí)加入０．０１Ｍ的Ｈ２ＰｔＣｌ６溶液，??０．１Ｍ的Ｐｒ（Ｎ０３）３溶液于燒杯中，保證總的金屬負(fù)載量為４０％。接下來(lái)，用ＮａＯＨ溶??液調(diào)節(jié)體系的ｐＨ值，使體系達(dá)到預(yù)定ｐＨ值。將溶液攪拌均勻后超聲１小時(shí)至懸濁??液完全均勻。接著，將懸濁液轉(zhuǎn)移至圓底燒瓶中，１３０°Ｃ油浴攪拌加熱３小時(shí)。加熱完??成后，將反應(yīng)物進(jìn)行抽濾，洗滌和干燥，最終得到黑色粉末樣品。加熱反應(yīng)過(guò)程中，??在１３０°Ｃ下，根據(jù)溶液的ｐＨ值，乙二醇被氧化成乙醇酸或乙醇酸根陰離子作為穩(wěn)定??劑，隨著ｐＨ增加，乙醇酸陰離子的穩(wěn)定性降低，直到還原能力喪失，同時(shí)，不同濃??度的醇酸根對(duì)于合金顆粒的大小也會(huì)有影響，因此，催化劑納米顆粒的還原制備很大??程度上取決于溶液的ｐＨ值。所以，我們需要探索體系的最佳ｐＨ值。??蟾＿＿??■■??圖３－２不同ｐＨ值下制備的Ｐｔ－Ｐｒ／Ｃ二元合金的ＴＥＭ圖。??Ｆｉｇ．?３－２?ＴＥＭ?ｉｍａｇｅｓ?ｏｆ?Ｐｔ－Ｐｒ／Ｃ?ｂｉｎａｒｙ?ａｌｌｏｙ?ｐｒｅｐａｒｅｄ?ａｔ?ｖａｒｉｏｕｓ?ｐＨ?ｖａｌｕｅ．??為保證單一變量，固定Ｐｔ原


本文編號(hào)：3322307