特殊納米組裝材料負載貴金屬催化劑的設(shè)計合成及醇電氧化性能研究.pdf

1、直接醇類燃料電池作為環(huán)保型低溫燃料電池，具備能量轉(zhuǎn)化效率高、燃料潔凈環(huán)保以及電池結(jié)構(gòu)簡單等特性，在未來能源設(shè)備主流應(yīng)用中具備極大潛力，而電極催化劑材料的優(yōu)劣程度，是影響直接醇類燃料電池系統(tǒng)效率和性能的關(guān)鍵因素之一。電極材料包括金屬納米粒子催化劑材料和催化劑載體材料，其中，載體材料直接影響了金屬納米粒子催化劑的粒徑大小、分散度、催化效率及穩(wěn)定程度。因此，越來越多的研究者將視角轉(zhuǎn)換到探索新型載體上，旨在通過形貌效應(yīng)、載體效應(yīng)、協(xié)同催化效應(yīng)盡

2、可能提高貴金屬納米粒子的利用率和穩(wěn)定性。
　　本論文以設(shè)計合成特殊形貌微觀結(jié)構(gòu)的催化劑載體為研究重點，在此基礎(chǔ)上合成了一系列新型復(fù)合催化劑，系統(tǒng)研究了特殊納米組裝載體材料對貴金屬納米粒子電催化性能的影響作用，為高性能電催化劑載體材料的研究和應(yīng)用提供了科學依據(jù)及理論參考。本論文主要研究內(nèi)容概括如下:
　　一、以納米電纜結(jié)構(gòu)Ag@C復(fù)合材料作為載體，在其表面通過常溫原位還原均勻地負載金屬Pt納米晶，研究了銀芯的存在對Pt納米晶體

3、的形貌、粒徑及其電催化性能的影響。研究結(jié)果表明，Ag@C載體是以碳為殼銀為核的準一維核殼結(jié)構(gòu)，形貌均一、粒徑均勻的鉑納米晶分散在載體表面，平均粒徑4.4 nm。電化學分析結(jié)果表明，該復(fù)合催化劑對醇的電催化氧化表現(xiàn)出很好的催化活性。理論計算結(jié)果進一步證明，Ag芯納米線對催化反應(yīng)具有協(xié)同效應(yīng)，促使Pt納米粒子在其表面分散和穩(wěn)定，電催化氧化活性、穩(wěn)定性、抗COads中毒能力的增強也歸因于此。
　　二、以Ag@C納米電纜復(fù)合材料作為載體，

4、以氨水為添加劑，對載體表面進行官能團化，將Pd納米顆粒均勻附著在其表面，成功制備了銀碳納米電纜負載鈀納米晶復(fù)合催化劑，用鈀取代鉑作為催化劑，可以有效降低成本。結(jié)果表明，Ag@C納米電纜復(fù)合載體對Pd納米晶有很好的錨定作用，同時Ag芯納米線對Pd納米粒子的催化活性和抗中毒能力起到有效增強作用，電化學性能測試結(jié)果表明，該復(fù)合催化劑具有較好醇氧化活性和穩(wěn)定性。
　　三、以谷氨酸為添加劑，通過簡單的合金形成及部分置換反應(yīng)過程，合成三元異質(zhì)

5、結(jié)構(gòu)Pt-PdCo納米晶，并將其負載在Ag@C納米電纜表面。研究結(jié)果表明，催化劑結(jié)構(gòu)為鉑顆粒沉積在鈀鈷合金表面形成的簇狀異質(zhì)結(jié)構(gòu)，并且該三元金屬催化劑對乙醇電氧化表現(xiàn)出較高活性，穩(wěn)定性也較強，比單一Pt金屬有了顯著提高。
　　四、分別以葡萄糖和氯化銅為碳源、銅源，經(jīng)過水熱、高溫煅燒、功能化過程，組裝合成了Cu/CuO復(fù)合材料，實現(xiàn)了無模板法對花狀Cu/CuO的設(shè)計合成，并將其應(yīng)用于催化劑載體，成功合成了銅/氧化銅復(fù)合物負載鉑納米晶