TiB-,2-陶瓷顆粒在HF和H-,2-O-,2-液體中組成、結(jié)構(gòu)和性能演變規(guī)律的研究.pdf

1、作為PEMFC重要組成部分，高性能與低成本的催化劑體系是決定PEMFC實(shí)際應(yīng)用的重要指標(biāo)之一。目前改善催化劑的方法主要包括：合金Pt催化劑、非Pt催化劑、高效催化劑載體以及優(yōu)化的催化劑結(jié)構(gòu)。其中，催化劑載體能很好地分散催化劑Pt，減少Pt催化劑的用量，提高催化劑的催化活性。傳統(tǒng)的催化劑載體主要是多孔碳黑，這種載體在PEMFC環(huán)境中長(zhǎng)期運(yùn)行存在腐蝕問(wèn)題，從而導(dǎo)致催化劑Pt的流失、遷移和團(tuán)聚。本課題選取TiB2導(dǎo)電陶瓷作為載體，從載體的結(jié)構(gòu)

2、和化學(xué)性質(zhì)等方面著手，研究其作為PEMFC催化劑載體的可行性。主要研究?jī)?nèi)容包括以下三個(gè)方面：
　　 1)采用行星球磨對(duì)TiB2粉體進(jìn)行超細(xì)化。通過(guò)對(duì)大粒徑的TiB2粉末進(jìn)行球磨，研究球磨時(shí)間、球磨速度、球料比、球磨氣氛以及后續(xù)的酸洗和分級(jí)工藝的影響，盡量降低TiB2載體的粒徑大小，并對(duì)球磨過(guò)程中出現(xiàn)的一系列物理化學(xué)現(xiàn)象進(jìn)行解釋，尤其是超細(xì)化過(guò)程中的氧化問(wèn)題和顯微結(jié)構(gòu)演變的問(wèn)題。通過(guò)合理控制一些關(guān)鍵工藝參數(shù)，進(jìn)一步降低TiB2的氧

3、化；同時(shí)采用HRTEM、SEAD等表征手段對(duì)球磨中間態(tài)進(jìn)行表征，建立理論同結(jié)構(gòu)演變之間的關(guān)系。結(jié)果表明TiB2在高應(yīng)力作用下?lián)駜?yōu)沿著[0001]和[10-10]方向發(fā)生塑形滑移并最終發(fā)生裂解。
　　 2)特殊形貌結(jié)構(gòu)TiB2基材料的合成。目前商業(yè)化的TiB2均采用高溫固相反應(yīng)制得，由于其各向異性，容易沿著C軸擇優(yōu)生長(zhǎng)形成光滑的六方柱狀晶體結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)不利于Pt的負(fù)載和固定，在一定溫度場(chǎng)、流場(chǎng)和氣體壓力下長(zhǎng)期運(yùn)行容易剝落，使Pt

4、發(fā)生團(tuán)聚和遷移，造成成本的浪費(fèi)和催化效率降低。本文采用球磨工藝及等級(jí)分離方法，成功合成出花狀雙頭TiB2納米晶須。同時(shí)以乙二胺為添加劑，采用HF或過(guò)氧化氫溶劑熱的方法，成功合成出中空雙金字塔結(jié)構(gòu)、鳳梨結(jié)構(gòu)、海膽狀核殼結(jié)構(gòu)和納米墻狀核殼結(jié)構(gòu)TiB2/TiO2雜化材料。HRTEM、XRD、EDS、XPS結(jié)果顯示退火后海膽狀核殼結(jié)構(gòu)TiB2/TiO2雜化材料是一種典型的氮摻雜TiO2/TiB2異質(zhì)結(jié)材料。UV-vis光譜表明這種氮摻雜異質(zhì)結(jié)的

5、吸收峰的吸收邊發(fā)生了明顯的紅移。
　　 3)PEMFC化學(xué)環(huán)境的模擬。通過(guò)對(duì)氫氟酸環(huán)境和過(guò)氧化氫環(huán)境的模擬，考察TiB2材料在氫氟酸環(huán)境和過(guò)氧化氫環(huán)境中的運(yùn)行情況。通過(guò)對(duì)水熱溫度、水熱時(shí)間、濃度、添加劑等參數(shù)的控制，詳細(xì)研究TiB2材料在這種環(huán)境中的形貌、結(jié)構(gòu)和組成的變化，從而進(jìn)一步驗(yàn)證TiB2材料在這種環(huán)境的穩(wěn)定性，分析TiB2基材料作為PEMFC催化劑載體的可行性。結(jié)果表明TiB2材料在HF和H2O2環(huán)境中發(fā)生氧化，通過(guò)合適