高指數(shù)晶面合金納米催化劑的制備及性能研究.pdf

1、鉑族金屬納米催化劑廣泛的用于燃料電池、石油化工等領(lǐng)域中。但是由于鉑族金屬價(jià)格昂貴、儲(chǔ)量十分有限，因此如何進(jìn)一步提高其催化活性、穩(wěn)定性，提高其利用效率一直是相關(guān)領(lǐng)域研究的重要課題?；A(chǔ)研究表明鉑族金屬高指數(shù)晶面由于含有高密度的臺(tái)階原子和扭結(jié)原子，催化活性和穩(wěn)定性顯著優(yōu)于{100}、{111}等低指數(shù)晶面。此外，對(duì)鉑基合金納米粒子的研究結(jié)果也表明，合金納米粒子的催化性能相對(duì)于單金屬有很大的提高。因此制備表面為高指數(shù)晶面結(jié)構(gòu)的鉑族金屬合金納米

2、晶體是顯著提高催化劑性能的有效途徑。但是由于較高的表面能以及晶格不匹配等原因，常規(guī)方法很難制備出高指數(shù)晶面鉑族金屬合金納米粒子。
　　本論文中，我們發(fā)展了雙金屬納米晶體表面結(jié)構(gòu)控制和生長(zhǎng)的電化學(xué)方法，成功制備了表面為高指數(shù)晶面合金納米催化劑，顯著提高了它們的電催化活性。取得的主要結(jié)果如下:
　　1.通過(guò)方波電位法，首次成功制備出了高指數(shù)晶面鈀鉑合金二十四面體納米粒子，通過(guò)SEM，TEM等表征手段，確定所制備的納米粒子是由二十

3、四個(gè){1030}晶面圍成的完美的納米晶。通過(guò)STEM,EDS等表征手段確定所制備的納米粒子由鈀、鉑兩種元素所組成，且兩種元素在整個(gè)納米粒子范圍內(nèi)分布均勻。通過(guò)XPS，InsituFTIR等手段進(jìn)一步對(duì)所制備的合金催化劑表面組成進(jìn)行了細(xì)致的表征，表明合金的表面組成和本體組成十分接近，鉑在表面略有偏析。電化學(xué)性能測(cè)試表明，鈀鉑合金二十四面體對(duì)甲酸電氧化的峰電流為純鈀二十四面體的3.1倍，為商業(yè)鈀黑的6.2倍，峰電位也有明顯的負(fù)移。在0V，即

4、甲酸燃料電池典型的工作電壓下，鈀鉑合金二十四面體催化活性為純鈀二十四面體的11倍，為商業(yè)鈀黑的22倍。鈀鉑合金二十四面體催化活性的提高主要?dú)w因于高指數(shù)晶面的表面結(jié)構(gòu)效應(yīng)與合金的電子結(jié)構(gòu)效應(yīng)的協(xié)同作用。
　　2.通過(guò)方波電位法成功的制備出了鈀銠合金二十四面體，并通過(guò)微調(diào)生長(zhǎng)電位制備出了鈀銠合金立方體。所制備的鈀銠合金二十四面體表現(xiàn)出銠表面偏析，這主要是因?yàn)殂櫯c氧的結(jié)合能更高，從而在方波上限電位，形成銠的氧化物更有利于降低納米粒子的表

5、面能。鈀銠合金二十四面體對(duì)乙二醇電氧化表現(xiàn)出較好的催化性能，其正向峰電流為純鈀二十四面體的1.5倍，為商業(yè)鈀黑的3倍左右。運(yùn)用方波電位法我們還制備出了金含量極低的鈀金合金二十四面體、立方體及紡錘狀納米晶，鉑金合金偏方三八面體等納米晶。
　　3.運(yùn)用方波電位方法，采用鈀和銅的金屬鹽前驅(qū)體的混合溶液，電沉積制備出了含銅量極少的高指數(shù)晶面鈀銅紡錘狀納米粒子。采用鈀鉍金屬鹽前驅(qū)體的混合溶液，制備出了含一定鉍元素的高指數(shù)晶面鈀鉍納米棒，并通

6、過(guò)高電位區(qū)間循環(huán)伏安清掃，去除了部分表面的鉍，增加了表面反應(yīng)位點(diǎn)。甲酸電氧化測(cè)試表明，去合金化鈀鉍納米棒的催化性能比未去合金化的納米棒以及商業(yè)鈀黑的催化活性以及穩(wěn)定性都有了明顯地提高。
　　4.通過(guò)在金網(wǎng)上載碳初步探索了制備小粒徑鈀二十四面體的條件，成功地制備出了粒徑為2-3nm的立方八面體，以及十幾納米的鈀二十四面體。
　　該種方法易于表征，且有望制備出較小粒徑的高指數(shù)晶面納米粒子。
　　本文繼承并發(fā)展的金屬納米催化