鉑單原子層修飾型低溫燃料電池陰極氧還原催化劑的制備與性能研究.pdf

1、由于質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)具有在低溫運(yùn)行(＜100℃)、比能量與比功率高、啟動(dòng)/關(guān)閉迅速、零排放、體積小等方面的諸多優(yōu)點(diǎn)，適合應(yīng)用于移動(dòng)設(shè)備、電動(dòng)汽車以及分散式發(fā)電站等領(lǐng)域，目前受到的關(guān)注與研究最為集中。但陰極氧還原動(dòng)力學(xué)反應(yīng)很慢，因而開發(fā)高活性、長(zhǎng)壽命、低鉑載量的陰極電催化劑是低溫質(zhì)子交換膜燃料電池實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化的關(guān)鍵。本論文主要通過不同方法制備表面具有鉑單原子層結(jié)構(gòu)型催化劑，并探究它們的形貌與性能，以及在電催化及燃料電池

2、領(lǐng)域的應(yīng)用。具體研究?jī)?nèi)容如下:
　　1)采用缺陷位點(diǎn)薄膜生長(zhǎng)法，為在超薄鈀納米片外構(gòu)建平滑的Pt表面提供了獨(dú)特的合成方式，成功的構(gòu)造了具有超薄核殼結(jié)構(gòu)的Pd@Ptmonolayer納米片材料。因?yàn)樵摯呋瘎┚哂小?納米的厚度與擴(kuò)展的Pt表面結(jié)構(gòu)，Pd@Ptmonolayer納米片材料在酸性電解質(zhì)中對(duì)于氧還原反應(yīng)有著較高的催化活性。與商用Pt/C催化劑相比，Pd@Ptmonolayer納米片材料可以在0.9V（vs RHE）處實(shí)現(xiàn)Pt

3、質(zhì)量比活性為0.717 mA mgPt-1，有近乎7倍的催化性能增強(qiáng)。雖然Pd@Ptmonolayer納米片材料表面僅有一個(gè)原子層的Pt覆蓋，這個(gè)材料卻顯示出驚人的耐久性。經(jīng)過5000循環(huán)掃描，僅有18 mV半波電位負(fù)移與3％的電話學(xué)表面積變化。通過本部分工作證明，缺陷位點(diǎn)薄膜生長(zhǎng)法在制備高品質(zhì)核殼納米結(jié)構(gòu)的超薄表面層方面具有極大的發(fā)展?jié)摿Α?br>　　2)采用欠電位沉積的方法，在納米金屬材料表面沉積單原子層或亞單原子層的Cu，之后利用

4、原位置換的方法來沉積少量的貴金屬，對(duì)于減少氧還原催化劑中鉑的載量有著重要的意義。結(jié)合納米多孔金表面暴露的高指數(shù)晶面以及Pt、Pd的高催化效能，我們利用欠電位沉積單原子層金屬修飾的方法，成功制備了一系列具有Pt單層-Pd x層-納米多孔金結(jié)構(gòu)的催化劑。其中Pt單層-Pd單層-納米多孔金新型催化劑展現(xiàn)出最優(yōu)良的催化效率:半波電位提高33 mV，質(zhì)量歸一化效率達(dá)到1.22AmgPt-1，電化學(xué)表面積歸一化效率達(dá)到0.79 mA cmPt-2。