PtAu合金納米線合成及對甲酸的電氧化性能.pdf

1、納米材料用于直接甲酸燃料電池(DFAFC）的陽極氧化已經研究了近十年，并正在成為便攜式電源系統(tǒng)的研究的一個重要領域。與直接甲醇燃料電池(DMFC）相比，甲酸通過 Nafion膜具有較小的交叉通量，在 DFAFC可以允許使用高度濃縮燃料溶液或更薄的膜。而甲醇容易透過Nafion膜使電池性能下降。甲酸是在室溫下一種液體物質，并且是安全的食品添加劑。自2002年以來，Pt基催化劑被廣泛的用作 DFAFC陽極催化劑。要實現(xiàn)甲酸燃料電池的商業(yè)化需

2、要進一步解決 CO“毒化”和Pt負載量的問題。Pt基催化劑中加入第二種金屬，如 Pt/Ru，Pt/Pd，Pt/Au已經被研究作為 DFAFC陽極催化劑的替代品。Au在 DFAFCs環(huán)境中的高度穩(wěn)定性使其成為鉑合金的首選金屬元素，引入 Au有利于提高 Pt催化劑對甲酸電催化氧化的活性。化學還原法，陽極氧化鋁沉積法制得的納米線若作為甲酸燃料電池的陽極還需要進一步的修飾，過程繁瑣。直接電沉積組裝納米線是利用交流電場的作用在溶液中直接沉積納米線

3、的一種新方法。溶液中金屬離子在電場作用下遷移還原并入晶格，形成密集、連續(xù)而且高晶的合金納米線。這樣得到的納米線以金屬鍵結合，熱力學上穩(wěn)定、結構上確定、性能上特殊，克服了由納米粒子直接組裝形成的納米線機械穩(wěn)定性差的缺陷，也省卻了預先制備納米粒子的過程，制得的納米線可以直接用作甲酸催化氧化的陽極。
　　本文將采用直接電沉積自組裝法制備了PtAu合金納米線。通過改變交流電參數(shù)和電沉積液組成，在金微電極上沉積組裝形貌和成分可控的PtAu合

4、金納米線。通過 SEM,TEM,EDS,XRD等方法對納米線形貌，成分和結構進行表征。研究交流電沉積工藝參數(shù)對合成PtAu合金納米線的影響；將不同成分的PtAu合金納米線用于甲酸的陽極電氧化，研究合成的合金納米線催化劑活性和穩(wěn)定性，確定最優(yōu)的成分比。研究獲得如下結論：
　?。?）電沉積液中添加劑的種類直接影響納米線的分枝程度和成分范圍。在電沉積液中添加0.5 mol·dm-3的H3BO3作為添加劑能夠穩(wěn)定沉積液，增加沉積液的導電性

5、進而調節(jié)沉積速率得到枝狀合金納米線。加入NH4Cl溶液，在相同條件下合成的納米線分枝數(shù)目相對減少。加入NH3·H2O形成新的絡合物，鉑的還原速率降低，合金中 Pt成分降低，表面結構不平整。
　?。?）改變氯鉑酸和氯金酸的濃度，可以調節(jié) PtAu合金納米線中原子百分比。電沉積液的濃度濃度越大，得到的納米線直徑越大。Pt的成分越多形成的納米線更光滑。
　　(3)交流電沉積時，電壓和頻率是直接電沉積的關鍵因素。電壓閾值能夠為金屬離

6、子的還原提供動力。在13mmol·dm-3 H2PtCl6·6H2O，0.2 mmol·dm-3 HAuCl4·4H2O和0.5 mol·dm-3 H3BO3的電沉積液中，采用正弦交流電信號一步直接電沉積PtAu合金納米線，當保持沉積頻率為20 MHz不變，低電壓下得到粗糙的合金納米線，電壓為16-18 Vpp范圍內可以得到結構明確，線條清楚的PtAu合金枝狀納米線。
　　(4)電壓和頻率為枝狀納米線的產生提供足夠的過電位。保持高

7、電壓16 Vpp不變，在1-20MHz頻率范圍內，隨著頻率的增加，離子還原速率和納米線生長速率越快，納米線的直徑變小，PtAu合金納米線側分枝越明顯。PtAu合金納米線中Pt原子分數(shù)增加。
　　(5)納米線沿著電場的方向生長，在場強大的區(qū)域更容易發(fā)生枝狀生長，而場強較小區(qū)域易形成一維納米線結構。PtAu合金枝狀納米線的生長機理直接電沉積自組裝理論來解釋，枝晶的形成是擴散限制過程的典型產物。
　　(6)通過對Au、Pt單金屬納

8、米線及 PtAu合金納米線的XRD譜圖分析，與 Au、Pt單金屬 X衍射圖譜對比，PtAu合金納米線峰位置落于Au、Pt單金屬之間，沒有出現(xiàn)單金屬特征峰。TEM和FFT結果顯示合金納米線是一種單相的合金結構。結果表明在 PtAu納米線結構中 Au和Pt兩種金屬是合金化的。
　　(7)將制得的Au、Pt單金屬納米線及Pt35Au65、Pt79Au21合金納米線在0.5 mol·dm-3 HCOOH和0.5 mol·dm-3 H2SO