聚吡咯構(gòu)建“稀土復(fù)合氧化物-碳層核殼”體系及其電催化應(yīng)用.pdf

1、貴金屬催化劑成本高昂，穩(wěn)定性低，嚴(yán)重地阻礙了燃料電池商業(yè)化進(jìn)程。這使得開發(fā)和構(gòu)建高活性、穩(wěn)定性的低成本催化劑體系顯得十分重要。金屬復(fù)合氧化物雖然在燃料電池電催化反應(yīng)中具有潛在的應(yīng)用，但是稀土氧化物本身導(dǎo)電性差，需要對其進(jìn)行碳化包覆修飾。其中，聚吡咯具有較大的比表面積和優(yōu)良的導(dǎo)電性，是構(gòu)建“稀土復(fù)合氧化物-碳層核殼”體系理想的碳化包覆修飾材料。
　　因此，本論文主要圍繞聚吡咯構(gòu)建“稀土復(fù)合氧化物-碳層核殼”體系展開研究。首先，研究了

2、在乙醇氧化反應(yīng)中金屬復(fù)合氧化物對鈀的助催化作用；隨后，進(jìn)一步采用聚吡咯構(gòu)建“稀土氧化物-碳層核殼”體系，考察了其與鉑在氧還原反應(yīng)(ORR)中的協(xié)同效果；最后，采用聚吡咯成功構(gòu)建了“稀土復(fù)合氧化物-碳層核殼”體系并應(yīng)用于ORR中。在這三部分中均采用物理測試手段對制備得到的催化劑進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征，同時(shí)采用電化學(xué)測試手段考察了它們的電化學(xué)性能。具體內(nèi)容見以下三個(gè)部分：
　　第一部分 NiCoOx復(fù)合氧化物協(xié)同Pd納米顆粒電催化乙醇氧化

3、>　　采用多元醇法在制備得到的金屬復(fù)合氧化物NiCoOx表面負(fù)載Pd納米顆粒，并且探究了該催化劑催化乙醇氧化反應(yīng)性能。物理表征表明，Pd與NiCoOx相接形成異質(zhì)結(jié)構(gòu)，將會產(chǎn)生更多的界面，導(dǎo)致強(qiáng)相互作用，有利于催化效果的提高。電化學(xué)測試結(jié)果表明，引入NiCoOx后，Pd/C催化劑的電催化乙醇氧化性能顯著提升。
　　第二部分碳化的聚吡咯包覆CeO2協(xié)同Pt納米顆粒電催化氧還原
　　采用水熱法得到 CeO2，然后在其表面包裹聚吡

4、咯層，通過碳化進(jìn)一步得到Pt-CeO2@CN催化劑。聚吡咯不僅可以增加CeO2的導(dǎo)電性，也可以作為Pt納米顆粒載體，提高其穩(wěn)定性。在ORR測試中，與Pt/C相比，“稀土氧化物-碳層核殼”體系組成的 Pt-CeO2@CN催化劑具有更好的電催化活性。同時(shí)，該催化劑的穩(wěn)定性也優(yōu)于 Pt/C。另外，對該催化劑上的 ORR機(jī)理進(jìn)行探究，發(fā)現(xiàn)Pt-CeO2@CN催化劑的ORR過程遵循4e-途徑。
　　第三部分碳化的聚吡咯包覆CeNiOx復(fù)合氧

5、化物電催化氧還原
　　在前兩部分實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，制備得到一系列碳化的聚吡咯包覆CeNiOx復(fù)合氧化物催化劑(CeNiOx@CN-n)。并且探究了“稀土復(fù)合氧化物-碳層核殼”體系中雙金屬組分和聚吡咯層包裹厚度對催化劑性能影響。結(jié)果表明，當(dāng)雙金屬組分n(Ce): n(Ni)=1:1時(shí)，催化劑的ORR活性最好。而n(吡咯): n(氧化物)=4:1是最理想的碳層包裹厚度。作為一種理想的非貴金屬催化劑，CeNiOx@CN-4催化劑催化ORR經(jīng)