摻雜碳材料負(fù)載貴金屬納米結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)合成及電催化性能.pdf

1、直接醇類燃料電池具有高效性和環(huán)境友好性，能夠適應(yīng)未來能源和環(huán)境要求，是一種新型綠色能源。但醇類在陽極上的電催化氧化反應(yīng)活性較低，是阻礙其發(fā)展的主要障礙，開發(fā)高效的陽極催化劑是解決這一問題的關(guān)鍵。目前主要使用的陽極催化劑是以Pt/C為主的貴金屬催化劑，但由于貴金屬儲(chǔ)量有限致使其價(jià)格昂貴，使得催化劑的商業(yè)化應(yīng)用進(jìn)程受到阻礙。解決該問題一般有兩種途徑:一方面，將貴金屬與非貴金屬合金化，可以在保持催化劑電催化活性的同時(shí)降低貴金屬用量;另一方面，

2、選擇合適的載體擔(dān)載貴金屬，提高貴金屬的分散性，進(jìn)而提高貴金屬利用率。
　　本論文以降低貴金屬用量和提高催化劑活性為切入點(diǎn)，通過優(yōu)化合金組分和開發(fā)新型載體，制備生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、具有較高電催化活性的新型陽極催化劑。主要以異元素?fù)诫s的碳材料為催化劑載體，擔(dān)載特殊結(jié)構(gòu)的貴金屬合金，合成一系列新型復(fù)合催化劑。具體工作內(nèi)容總結(jié)如下:
　　一、以吡咯作為氮源，合成了氮摻雜石墨烯(NG)，以氯鉑酸和氯化銅為金屬前驅(qū)體，合成氮摻雜石墨

3、烯負(fù)載PtCu三角雙錐復(fù)合催化劑，并用HR-TEM、SEM、FESEM、EDX、XRD、XPS等表征手段對(duì)催化劑的形貌和結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征。結(jié)果表明，氮原子成功的摻雜在石墨烯上，氮摻雜類型以吡啶型和石墨型為主，所制備的PtCu三角雙錐為多級(jí)結(jié)構(gòu)，雙錐的枝晶尺寸大約為5-20nm，三角雙錐的平均粒徑約為100 nm。電化學(xué)表征顯示氮摻雜石墨烯負(fù)載多級(jí)結(jié)構(gòu)PtCu三角雙錐復(fù)合催化劑對(duì)乙二醇電氧化具有較高的催化活性，同時(shí)具有較好的抗CO中毒能力。<

4、br>　　二、以噻吩為硫源，合成硫摻雜石墨烯(SG)，改變金屬前驅(qū)體比例，合成硫摻雜石墨烯負(fù)載PtCu片狀復(fù)合催化劑。硫元素的摻入可以增加石墨烯表面的缺陷，硫摻雜類型以噻吩硫和石墨硫?yàn)橹?，有利于錨定其表面的金屬粒子;PtCu合金為片狀結(jié)構(gòu)，尺寸大約為10-25 nm，片狀結(jié)構(gòu)可以降低貴金屬利用率，提高電催化活性。電化學(xué)測(cè)試結(jié)果表明，該催化劑對(duì)醇氧化有較好的電催化活性和穩(wěn)定性。
　　三、以SG為載體，通過無模板法合成硫摻雜石墨烯負(fù)載

5、PdCu合金納米立方空殼催化劑，用Pd代替Pt可以有效降低成本，立方空殼結(jié)構(gòu)也有利于貴金屬利用率的提高，且增加有效比表面積。電化學(xué)測(cè)試結(jié)果表明SG負(fù)載PdCu合金納米立方空殼催化劑，與氮摻雜石墨烯和石墨烯做載體相比有更優(yōu)的電性能。
　　四、分別以三聚氰胺和甲醛為氮源和碳源，醋酸鈷為金屬Co的前驅(qū)體，通過無模板法可控合成具有雙空殼結(jié)構(gòu)特征的鈷、氮共摻雜碳材料(Co-N-C)，并以此為載體負(fù)載PdCu合金立方空殼催化劑，并研究了此催化

6、劑對(duì)醇類電催化氧化的電性能。所合成的鈷、氮共摻雜碳材料具有較大的比表面積，可與鈀銅合金催化劑粒子有更好的接觸狀態(tài)，通過循環(huán)伏安法(CV)、計(jì)時(shí)電流測(cè)試(I-T)和活性表面積計(jì)算對(duì)該催化劑的電催化活性進(jìn)行了系統(tǒng)討論。電化學(xué)測(cè)試結(jié)果表明H-PdCu/Co-N-C具有良好的電催化活性和穩(wěn)定性。
　　本文以提高陽極催化劑催化活性為目的，用異元素?fù)诫s的碳材料為載體，并在此基礎(chǔ)上負(fù)載貴金屬合金，合成了具有特殊形貌的納米組裝材料，有效的提高了直