過渡金屬核-殼結(jié)構(gòu)和空心球形納米粒子的制備及其修飾電極催化氧還原性能.pdf

1、聚合物電解質(zhì)燃料電池(PEFCs)因其具有能量密度高、連續(xù)工作、清潔環(huán)保等優(yōu)點(diǎn),已成為全球能源化工研究的熱點(diǎn)之一。電催化劑是燃料電池的重要材料,選擇合適的電催化材料是降低電極反應(yīng)活化能、加快反應(yīng)速率、提高燃料電池能量轉(zhuǎn)換效率的關(guān)鍵。在各類燃料電池和空氣電池中,陰極反應(yīng)幾乎總是氧的還原。然而,氧還原是一復(fù)雜的得電子過程,在相同條件下氧的交換電流密度與氫相比約差7個數(shù)量級,過電位高,可逆性差,高效電化學(xué)還原不易實(shí)現(xiàn)。盡管 Pt及其合金無論在

2、酸性還是堿性介質(zhì)中都是陰極氧還原比較理想的催化材料,但與氫陽極氧化相比,氧陰極還原耗鉑催化劑量大。由于鉑資源少、價(jià)格貴、抗甲醇等有機(jī)小分子和CO毒化能力差等缺陷阻礙了其實(shí)用化進(jìn)程。
　　據(jù)報(bào)道,如果能適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)催化劑的表面結(jié)構(gòu),將能提高其催化活性和穩(wěn)定性。本論文從設(shè)計(jì)合成特殊結(jié)構(gòu)的納米粒子催化劑,以提高對甲醇燃料電池陰極氧還原性能的研究目的出發(fā),主要開展了以下幾個方面的研究工作:
　　1.以100 nm Au粒子為核,抗壞血

3、酸為還原劑,H2PtCl6·6H2O為前驅(qū)體合成了 Pt包 Au核-殼結(jié)構(gòu)納米粒子(Au@Pt)及其修飾的玻碳(GC)電極(Au@Pt/GC)。采用旋轉(zhuǎn)圓盤電極等常規(guī)電化學(xué)方法比較了Au@Pt/GC和商用碳載鉑(Pt/C)修飾GC(Pt/C/GC)電極催化O2還原反應(yīng)活性及耐甲醇性能,發(fā)現(xiàn)Au@Pt納米粒子在顯著降低鉑用量的情況下,不但其催化 O2還原反應(yīng)活性仍然與商用Pt/C相當(dāng),而且還具有優(yōu)良的耐甲醇性能;其催化 O2還原反應(yīng)機(jī)理按

4、O2直接還原成 H2O的4電子歷程進(jìn)行。
　　2.以40 nm Au粒子為核,合成了不同覆蓋度的Au@Pd核-殼結(jié)構(gòu)納米粒子。用旋轉(zhuǎn)圓盤電極等常規(guī)電化學(xué)方法檢測、比較了不同覆蓋度 Au@Pd納米粒子和商用Pt/C催化氧還原反應(yīng)活性,結(jié)果表明覆蓋度為2的Au@Pd納米粒子比商用Pt/C催化O2還原反應(yīng)活性高,而且具有優(yōu)良的耐甲醇性能。
　　3.以40 nm Au粒子為核,Pt(acac)2為前驅(qū)體分別以油胺和乙二醇為還原劑,合

5、成了 Au@Pt3Ni和Au@PtNi4等核-殼結(jié)構(gòu)納米粒子。用旋轉(zhuǎn)圓盤電極等常規(guī)電化學(xué)方法檢測了Au@Pt3Ni，Au@PtNi4納米粒子催化氧還原反應(yīng)活性,并與Pt/C催化氧還原反應(yīng)的活性相比較。結(jié)果表明:Au@Pt3Ni，Au@PtNi4納米粒子不但其催化O2還原反應(yīng)活性大于商用Pt/C,而且催化O2還原反應(yīng)機(jī)理按O2直接還原成 H2O的4電子歷程進(jìn)行。
　　4.以亞硒酸為前驅(qū)體,抗壞血酸為還原劑,制備了a-Se溶膠。以a-