鉑納米粒子的電化學制備及其電催化性能研究.pdf

1、貴金屬鉑納米粒子是燃料電池、石油化工等領(lǐng)域廣泛使用的催化劑。由于鉑金屬資源匱乏、價格昂貴，如何進一步提高鉑金屬納米粒子的催化活性、穩(wěn)定性和利用效率一直是氫能源和相關(guān)領(lǐng)域的重大關(guān)鍵問題。因此，具有高性能的鉑金屬納米粒子的可控制備是當今的研究熱點之一。
　　制備鉑納米粒子常用的方法有化學法和電化學法?；瘜W法通常在合成時加入表面活性劑作為納米粒子的穩(wěn)定劑，以達到制備分散性好的小尺度納米粒子的目的。穩(wěn)定劑吸附在納米粒子表面，不僅可以很好地

2、調(diào)控納米粒子的形貌以及提高其分散性，并且通過降低納米粒子表面能使其穩(wěn)定存在。但穩(wěn)定劑的加入帶來了一個很大的問題，即這些穩(wěn)定劑占據(jù)著納米粒子的表面位使其催化活性降低，并且這些穩(wěn)定劑在納米粒子上發(fā)生強吸附，使得很難徹底清除，造成催化劑體系的清潔程度不夠高，即使通過有效的物理化學方法徹底除去表面活性劑，納米粒子的穩(wěn)定性仍存在問題。而電化學法在合成時無需加入穩(wěn)定劑，納米粒子的成核、生長和氧化刻蝕電位易于調(diào)控，并且電化學法方便、簡捷、所需合成時間

3、較短、體系潔凈，從而具有較好的應(yīng)用前景。
　　本工作利用電化學方法合成不同形貌和結(jié)構(gòu)的鉑納米粒子，并研究其對于有機小分子的電催化性能。主要研究結(jié)論分為以下三個部分:
　　(1)運用線性掃描電沉積的方法合成了鉑納米立方體和碳納米管負載的鉑納米立方體。該方法簡便易行，合成量較易調(diào)控。通過對其結(jié)構(gòu)及電催化性能研究得知，鉑納米立方體是由Pt(111)擇優(yōu)取向的小晶體組成，在鉑納米立方體上乙醇氧化電位較商業(yè)碳載鉑提前168mV，其穩(wěn)定

4、性也優(yōu)于商業(yè)碳載鉑。電化學原位紅外光譜結(jié)果表明乙醇的氧化產(chǎn)物主要是乙酸。本工作對于用簡單電化學法合成具有較高催化活性和穩(wěn)定性的鉑納米粒子具有重要意義。
　　(2)利用方波電沉積的方法制備了鉑偏方三八面體納米晶體，掃描電子顯微鏡(SEM)和高分辨率透射電鏡(HRTEM)研究表明，鉑偏方三八面體納米晶體表面主要由高指數(shù)晶面(522)圍成。循環(huán)伏安方法研究了鉑偏方三八面體對有機小分子的電催化氧化活性，研究表明其對C-1分子、乙醇、乙二醇

5、燃料的電氧化的催化活性均優(yōu)于商業(yè)碳載鉑催化劑，進一步地合成了碳納米管負載的鉑偏方三八面體納米粒子，其對甲酸的電催化活性是商業(yè)碳載鉑的3.8倍。
　　(3)利用直接方波電沉積的方法，首次在無支持電解質(zhì)的鍍鉑液中合成了鉑八面體納米粒子，在有支持電解質(zhì)的同一鍍鉑液中通過改變前驅(qū)體濃度和生長電位合成了由高指數(shù)晶面圍成的鉑二十四面體和鉑凹六八面體納米粒子;研究了支持電解質(zhì)、前驅(qū)體濃度、生長電位對鉑納米粒子形貌的影響，初步總結(jié)出納米晶體形貌的