高指數(shù)晶面合金納米催化劑的制備及性能研究.pdf

1、鉑族金屬納米催化劑廣泛的用于燃料電池、石油化工等領域中。但是由于鉑族金屬價格昂貴、儲量十分有限，因此如何進一步提高其催化活性、穩(wěn)定性，提高其利用效率一直是相關領域研究的重要課題。基礎研究表明鉑族金屬高指數(shù)晶面由于含有高密度的臺階原子和扭結原子，催化活性和穩(wěn)定性顯著優(yōu)于{100}、{111}等低指數(shù)晶面。此外，對鉑基合金納米粒子的研究結果也表明，合金納米粒子的催化性能相對于單金屬有很大的提高。因此制備表面為高指數(shù)晶面結構的鉑族金屬合金納米

2、晶體是顯著提高催化劑性能的有效途徑。但是由于較高的表面能以及晶格不匹配等原因，常規(guī)方法很難制備出高指數(shù)晶面鉑族金屬合金納米粒子。
　　本論文中，我們發(fā)展了雙金屬納米晶體表面結構控制和生長的電化學方法，成功制備了表面為高指數(shù)晶面合金納米催化劑，顯著提高了它們的電催化活性。取得的主要結果如下:
　　1.通過方波電位法，首次成功制備出了高指數(shù)晶面鈀鉑合金二十四面體納米粒子，通過SEM，TEM等表征手段，確定所制備的納米粒子是由二十

3、四個{1030}晶面圍成的完美的納米晶。通過STEM,EDS等表征手段確定所制備的納米粒子由鈀、鉑兩種元素所組成，且兩種元素在整個納米粒子范圍內(nèi)分布均勻。通過XPS，InsituFTIR等手段進一步對所制備的合金催化劑表面組成進行了細致的表征，表明合金的表面組成和本體組成十分接近，鉑在表面略有偏析。電化學性能測試表明，鈀鉑合金二十四面體對甲酸電氧化的峰電流為純鈀二十四面體的3.1倍，為商業(yè)鈀黑的6.2倍，峰電位也有明顯的負移。在0V，即

4、甲酸燃料電池典型的工作電壓下，鈀鉑合金二十四面體催化活性為純鈀二十四面體的11倍，為商業(yè)鈀黑的22倍。鈀鉑合金二十四面體催化活性的提高主要歸因于高指數(shù)晶面的表面結構效應與合金的電子結構效應的協(xié)同作用。
　　2.通過方波電位法成功的制備出了鈀銠合金二十四面體，并通過微調生長電位制備出了鈀銠合金立方體。所制備的鈀銠合金二十四面體表現(xiàn)出銠表面偏析，這主要是因為銠與氧的結合能更高，從而在方波上限電位，形成銠的氧化物更有利于降低納米粒子的表

5、面能。鈀銠合金二十四面體對乙二醇電氧化表現(xiàn)出較好的催化性能，其正向峰電流為純鈀二十四面體的1.5倍，為商業(yè)鈀黑的3倍左右。運用方波電位法我們還制備出了金含量極低的鈀金合金二十四面體、立方體及紡錘狀納米晶，鉑金合金偏方三八面體等納米晶。
　　3.運用方波電位方法，采用鈀和銅的金屬鹽前驅體的混合溶液，電沉積制備出了含銅量極少的高指數(shù)晶面鈀銅紡錘狀納米粒子。采用鈀鉍金屬鹽前驅體的混合溶液，制備出了含一定鉍元素的高指數(shù)晶面鈀鉍納米棒，并通

6、過高電位區(qū)間循環(huán)伏安清掃，去除了部分表面的鉍，增加了表面反應位點。甲酸電氧化測試表明，去合金化鈀鉍納米棒的催化性能比未去合金化的納米棒以及商業(yè)鈀黑的催化活性以及穩(wěn)定性都有了明顯地提高。
　　4.通過在金網(wǎng)上載碳初步探索了制備小粒徑鈀二十四面體的條件，成功地制備出了粒徑為2-3nm的立方八面體，以及十幾納米的鈀二十四面體。
　　該種方法易于表征，且有望制備出較小粒徑的高指數(shù)晶面納米粒子。
　　本文繼承并發(fā)展的金屬納米催化