等離子體還原制備炭載材料的研究.pdf

1、由于化石燃料的使用給人類帶來巨大的資源和環(huán)境問題,因而氫能逐漸成為能源科學(xué)界的熱點(diǎn)。氫能利用有三個(gè)關(guān)鍵技術(shù),即制氫,儲(chǔ)氫和燃料電池。氫能是以氫為能量載體,若代替石油制品作為交通工具的燃料,則必須解決氫的高能量密度儲(chǔ)存問題。而燃料電池由于催化劑的性能問題使其離商業(yè)化實(shí)際應(yīng)用還有差距。因此本文將通過輝光放電等離子體制備高分散高負(fù)載炭基甲醇燃料電池電催化劑和吸附儲(chǔ)氫材料Pt/C,以期能夠改善它們的性能。同時(shí),探索等離子體法還原制備納米金屬的特

2、點(diǎn)。
　　 本研究首先利用等離子體還原HAuCl4、PdCl2、H2PtCl6和AgNO3四種金屬鹽為金屬態(tài),并探討了其機(jī)理有兩種可能:一是靜電力還原;一是等離子體在水中產(chǎn)生的強(qiáng)還原劑eaq-和H°還原了金屬。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)等離子金屬還原制得的納米顆粒具有較小的z/x值,說明等離子體處理得到的金屬顆粒更接近半橢球體形狀,即金屬趨向于以更大的表面積鋪展在載體表面,容易形成金屬膜。實(shí)驗(yàn)中基片上形成的鈀膜印證了此點(diǎn)。
　　 本研究

3、進(jìn)一步利用等離子體還原制備高分散、高載量Pt/Vulcan XC-72電催化劑。等離子體還原的20％和40％的Pt顆粒分布窄其尺寸僅分別為1.43 nm和1.5nm。在0.5 mol/L H2S04+1 mol/L CH3OH溶液測得的伏安循環(huán)圖中,甲醇的氧化峰都出現(xiàn)在0.73V左右,20％Pt/C-plasma峰電流密度在35.2 mA/cm2,40％Pt/C-plasma峰電流密度在68.9 mA/cm2。等離子體制得的Pt/C催化

4、劑在Pt的粒徑、電化學(xué)活性表面積、對甲醇氧化的電催化活性方面優(yōu)于國外的Johnson Mattey商業(yè)Pt/C催化劑。
　　 本研究還利用等離子體還原制備儲(chǔ)氫材料Pt/AX-21。等離子體制備的Pt/AX-21-P在298 K和10 Mpa下的儲(chǔ)氫量從氫氣還原制備Pt/AX-21-H的1.19 wt％增加到1.46 wt％。從TEM中發(fā)現(xiàn)等離子體還原的Pt金屬不但尺寸小,更重要的是都嵌入到炭載體中,這就增加了金屬與載體的連接,從

5、而通過增加溢流提高了儲(chǔ)氫量。吸附熱、吸附速度和表觀活化能的測量計(jì)算也證明了這點(diǎn)。
　　 本論文最后研究利用氧氣等離子體處理炭材料并用于儲(chǔ)氫。氧等離子體改性的Pt/TC-O和Pt/AX-21-O在298 K和10 Mpa下的儲(chǔ)氫量從沒改性的1.17 wt％和0.98 wt％分別增加到1.74 wt％和1.48 wt％。模擬計(jì)算得出促進(jìn)溢流的含氧基團(tuán)順序?yàn)?內(nèi)酯基>半醌基>羧基>羥基。XPS結(jié)果分析內(nèi)酯基的氫吸附為不可逆,半醌基是最