中空碳球的制備及其在甲醇燃料電池中的應(yīng)用.pdf

1、中空碳球(HCS)作為一種新型甲醇燃料電池的電催化劑載體,由于其結(jié)構(gòu)可控、密度低、比表面積高和電催化性能良好等性質(zhì),受到了國內(nèi)外科學(xué)工作者的廣泛關(guān)注。模板法作為一種簡單的制備可控形狀物質(zhì)的方法,開辟了制備中空碳球的一個全新領(lǐng)域。本論文分別以二氧化硅和聚苯乙烯作為核模板合成中空碳球,同時將Pt納米粒子催化劑包裹在中空碳球的內(nèi)部,使中空碳球功能化,合成Pt納米粒子催化劑核/中空碳?xì)?Pt@C)微球,并研究了將其用于甲醇燃料電池電極的催化性能

2、。
　　主要研究工作如下:
　　1.以二氧化硅為核模板,酚醛樹脂為碳源,分別采用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)和3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTS)對二氧化硅表面進(jìn)行功能化修飾,合成中空碳球,并通過控制酸催化縮聚反應(yīng)的作用點,得到了不同形貌的碳材料。用SEM、FT-IR和TGA對所制材料進(jìn)行了表征。研究結(jié)果證明,修飾劑的選擇對中空碳球的形貌和穩(wěn)定性具有很大的影響,APTS作為二氧化硅表面修飾劑,通過

3、氫鍵與酚醛樹脂結(jié)合,因此所形成的中空碳球的球形結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性最好。此外,不同的酸催化活性點對碳材料表面形態(tài)也有很大影響。通過改變酸催化縮聚反應(yīng)的作用點,可以得到單一分散的中空碳球和有序排列的多孔碳材料。
　　2.以磺化聚苯乙烯球為模板,苯胺為碳源,制備中空碳球。采用SEM、TEM、XRD、FT-IR、TGA和CV對所制的樣品進(jìn)行了表征。研究結(jié)果表明,制備的中空碳球壁厚為35nm且粒徑均勻,中空碳球的形貌和殼層厚度受聚苯乙烯模板磺化度

4、的影響。對聚苯乙烯球表面進(jìn)行磺酸化8h是制備中空碳球最合適的模板。CV研究結(jié)果表明,將所制備的中空碳球(HCS)用作催化劑載體,合成Pt/HCS催化劑在甲醇電化學(xué)氧化中表現(xiàn)出較Pt/C催化劑更高的催化性能,其甲醇電化學(xué)氧化峰電流密度比Pt/C催化劑高了1.86倍。
　　3.采用模板法制備了鉑納米核/中空碳?xì)?Pt@C)微球,作為一種新穎的催化劑,將其應(yīng)用于甲醇燃料電池催化劑,并用XRD、SEM-EDS、TEM、TGA、N2吸附和C