BH₄^-電催化氧化是直接硼氫化鈉燃料電池（DBFC）的主要陽極反應(yīng),也是影響DBFC性能的因素之一。貴金屬Au催化劑對BH₄^-電催化氧化過程可以獲得接近8e-反應(yīng),具有較高的庫倫效率,是比較理想的BH₄^-電氧化催化劑。但是其反應(yīng)動力學過程較慢,而且價格昂貴并不能大范圍的使用,制約了DBFC商業(yè)化的發(fā)展。本論文中通過氮摻雜碳包覆不同過渡金屬合金以及不同的Au擔載方式制備了不同形貌的多金屬復(fù)合催化劑并研究了其對BH₄^-的電催化氧化活性。主要研究內(nèi)容如下:（1）以Ni₃[Fe（CN）₆]₂類普魯士藍為前驅(qū)體經(jīng)退火得到Ni Fe@CN納米粒子,以此作為Au催化劑的助催化劑得到Au/Ni Fe@CN/C復(fù)合催化劑,對催化劑材料的晶相組成及表面形貌結(jié)構(gòu)采用TEM和XRD進行了表征,發(fā)現(xiàn)Au納米粒子與Ni Fe@CN納米球均勻分布在碳黑載體上。通過電化學測試研究... 

【文章來源】：湘潭大學湖南省

【文章頁數(shù)】：65 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

電化學性能測試體系示意圖

17圖3.1Au/NiFe@CN/C催化劑的TEM圖(a-d)和EDS圖(e)圖3.2是Au/C催化劑和Au/NiFe@CN/C催化劑的XRD測試圖。如圖3.2所示，在20°附近出現(xiàn)的較寬的特征衍射峰屬于C的（200）晶面（JCPDSNo.75-1621），38.2°、44.3°、64.6°、77.5°、81.7°出現(xiàn)的衍射峰分別是Au的（111）、（200）、（220）、（311）、和（222）晶面（JCPDSNo.04-0784）。此外NiFe@CN/C的XRD圖中，35.7°、44.1°、51.4°、58°的衍射峰分別對應(yīng)FeNi3的（110）、（111）、（200）、（210）晶面（JCPDSNo.65-3244）。在38.2°出現(xiàn)的衍射峰屬于Fe2O3的（400）晶面（JCPDSNo.39-0238）。Fe2O3的特征衍射峰出現(xiàn)是因為前驅(qū)體材料Ni3[Fe(CN)6]2中含有少量結(jié)晶水，結(jié)晶水在高溫煅燒過程中與金屬Fe反應(yīng)生成Fe2O3[96-98]。在制備的Au/NiFe@CN/C催化劑中可以也明顯觀察到FeNi3（111）晶面的特征衍射峰峰，此結(jié)果與TEM、EDS分析結(jié)果吻合。

19圖3.3（a-e）Au/C、Au(67)NiFe@CN(33)/C、Au(50)NiFe@CN(50)/C和Au(33)NiFe@CN(67)/C、NiFe@CN/C電極在0.1MNaBH4+3.0MNaOH溶液中，掃描電位范圍為-1.2~0.6Vvs.Ag/AgCl，KClstd，掃描速率為20mVs1的條件下測得的CV曲線，圖中（f）為NiFe@CN/C電極在3.0MNaOH溶液中的CV曲線圖從圖3.3(a-d)可以看出，BH4-在Au/C與Au/NiFe@CN/C電極上具有相似的CV曲線，這表明Au/C與Au/NiFe@CN/C催化劑對BH4電催化氧化的反應(yīng)機理相似[99]。在正向掃描時出現(xiàn)的氧化峰（a1）是由于BH4在陽極發(fā)生直接氧化產(chǎn)生的，在反向掃描時出現(xiàn)氧化峰（c1）是由BH4直接氧化時產(chǎn)生的中間產(chǎn)物BH3OH發(fā)生氧化形成的，其反應(yīng)過程(如式3-1)：32223BHOH+3OHBO+H+2HO+3e2通過CV曲線可以發(fā)現(xiàn)，BH4在Au/C與Au/FeNi@CN/C電極上是一個不可逆的電催化氧化過程。從上圖(a-d)可以得知，BH4的直接氧化峰（a1）在Au/C、Au(67)NiFe@CN(33)/C、Au(50)NiFe@CN(50)/C和Au(33)NiFe@CN(67)/C電極上的峰電流密度分別為25.5mAcm2、39.2mAcm2、50.9mAcm2，35.8mAcm2，Au/NiFe@CN/C電極的峰電流密度都明顯高于Au/C電極(25.5mAcm2)，通過圖（3.3e）可以發(fā)現(xiàn)NiFe@CN/C電極對BH4的直接電催化氧化峰（a1）的峰電流密度可以高達33.8mAcm2，遠高于Au/C電極，這說明相對于單一的Au催化劑而言，多金屬摻雜的復(fù)合催化劑對催化劑電催化性能的提升有明顯的效果。此外部分Au納米粒子負載在NiFe@CN納米球表面使得部分Au/NiFe@CN/C催化劑形成一種特殊的三層核殼結(jié)構(gòu)，這種特殊結(jié)構(gòu)是提高催化劑催化活性的重要原因，不僅有利于Au納米粒子的均勻分散，還有利于內(nèi)部NiFe合金的電子直接傳遞到Au納米粒子，提高電子利用率。在四種所制備的催化劑中，Au(50)NiFe@CN(50)/C催化劑電極上的氧化峰（a1）的峰電流密度（3-1）

【參考文獻】：
期刊論文
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本文編號：3505735