氮摻雜碳材料負載Pd基電催化劑的合成及其醇氧化性能研究.pdf

1、燃料電池是一種適應未來能源和環(huán)境要求的理想電源，目前已經在交通工具、手機電源等行業(yè)示范性應用，并受到了越來越廣泛的關注。然而新型燃料電池催化劑鉑的昂貴價格是制約其產業(yè)化的主要障礙之一，因此，探討如何降低催化劑的成本、提高催化劑的活性是該領域目前的研究熱點。這就需要從以下兩方面入手:第一，對催化劑金屬進行微觀結構和表面性質上的優(yōu)化，提高其催化活性。第二，構筑高性能的催化劑載體，它不僅直接影響催化劑的粒徑、分散度、活性及穩(wěn)定性，而且影響催化

2、層的導電性、傳質及電化學比表面積等。本論文旨在以開發(fā)利用氮摻雜碳材料載體入手，著重研究載體的表面結構，以便改善載體表面化學惰性，并且設計合成不同微觀結構的Pd基納米晶，使其均勻地負載在載體表面，以提高催化劑的催化活性和利用率，為提高直接醇類燃料電池陽極催化劑的性能提供理論依據。
　　本文分別合成了氮摻雜碳納米管、氮摻雜石墨烯、鈷氮共摻雜碳的空殼結構三類系列變化的氮摻雜碳材料，并以其為主要載體，在其表面設計合成不同微觀結構的Pd基納

3、米晶，分別研究了不同載體對鈀納米晶的形貌、粒徑以及電催化性能的影響，并探討了其影響規(guī)律。本論文的主要內容有以下幾個方面:
　　一、概述了燃料電池的研究現狀、電極催化劑以及催化劑載體的研究進展，闡述了當前燃料電池催化劑研究存在的問題、本文的研究目的及研究內容。
　　二、以聚吡咯作為氮源對碳納米管進行氮摻雜，改變了碳納米管表面的惰性狀態(tài)，使得貴金屬催化劑顆粒可以在其表面均勻附著，并通過一步水熱法合成了氮摻雜碳納米管復合鈀銅合金納

4、米空殼催化劑，提高了Pd的利用效率，改善了其催化活性。結果表明，氮原子已成功摻雜于碳納米管表面，氮摻雜類型以吡啶型和石墨型為主，并且合成的鈀銅合金納米空殼結構具有良好的分散性，其平均直徑大約是50 nm。電化學測試表明氮摻雜碳納米管負載鈀銅合金納米立方空殼催化劑對不同醇類電氧化均表現出良好的催化活性及穩(wěn)定性。
　　三、分別使用三聚氰胺，聚吡咯和聚苯胺作為氮源合成了一系列的氮摻雜石墨烯，并通過一步無模板法合成了氮摻雜石墨烯負載鈀銅合

5、金納米立方空殼催化劑。不同的氮源提供了不同的氮摻雜特征，并對不同的氮摻雜類型（吡啶型N，吡咯型N和石墨型N）對鈀銅合金納米立方空殼催化劑結構形貌及電性能的影響進行了系統(tǒng)研究。結果表明所制備的鈀銅合金納米立方空殼(直徑約50 nm)負載于氮摻雜石墨烯上分散性良好，并且氮元素在石墨烯載體上的分布也很均勻。電化學表征顯示氮摻雜石墨烯負載鈀銅合金納米立方空殼催化劑對醇氧化具有卓越的催化活性與穩(wěn)定性。
　　四、以乙二胺四乙酸(EDTA)和三

6、聚氰胺為氮源合成了氮摻雜石墨烯，并以此為載體采用原位還原法制備了Pt修飾的PdCu合金復合催化劑。結果表明，所合成的氮摻雜石墨烯具有較大的比表面積，與催化劑顆粒產生較大的接觸面積，具有更強的載體-金屬相互作用，Pt修飾的PdCu合金上，Pt原子大量沉積在催化劑表面，可以有效地提高催化劑活性。電化學性質測試表明，該催化劑顯示出較好的催化活性和穩(wěn)定性。
　　五、以三聚氰胺做氮源，甲醛為碳源，乙酸鈷為金屬前驅體，通過無模板法實現了具有蛋