納米鉑基催化劑的制備與性能研究.pdf

1、納米材料因其所具備獨特的物理性能、化學性能，一直備受廣大科研工作者的青睞。到目前為止，關于納米材料的研究已經取得豐碩的成果，納米材料已經被廣泛的應用到光學傳感元件、仿生學、催化以及藥物化學等領域。隨著近年來對燃料電池研究的興起，催化劑作為影響燃料電池性能和大規(guī)模應用的關鍵因素之一成為了人們關注的焦點。貴金屬鉑由于具有其他材料所不具備的高催化活性，常被選做反應催化劑材料。但是貴金屬鉑催化劑同樣有著明顯的缺點，即昂貴的成本以及容易發(fā)生碳中毒

2、現(xiàn)象。本文通過模板法成功制備得到了納米Pt-Ru合金催化劑、納米Pt-Ni合金催化劑以及Pt-Ru合金納米線催化劑三種材料，分別對三種材料進行性能測試發(fā)現(xiàn)，相比較于目前商業(yè)化使用的鉑黑催化劑，本中得到的三種材料具有更高的電催化活性、更強的抗碳中毒能力以及更低的成本，主要工作如下:
　　通過使用表面活性劑P123作為軟模板，抗壞血酸(AA)還原制備得到了納米Pt-Ru合金催化劑。通過電化學催化實驗研究發(fā)現(xiàn)，由于堆積成球型結構的催化劑

3、顆粒大小在3nm左右且催化劑表面具有介孔結構，所以相比較于商業(yè)鉑黑催化劑具有更大的電催化活性表面積(ECSA);同時由于引入金屬Ru與Pt形成了合金結構，從而增加了催化劑抗碳中毒的能力，并且因為價格較低的Ru的引入，使得催化劑材料的成本相對于由純鉑構成的商業(yè)鉑黑催化劑而言有所下降。
　　通過選用非離子表面活性劑Brij58作為軟模板，利用硼氫化鈉在冰浴中還原，成功制備得到了不同含Pt質量分數的納米Pt-Ni合金催化劑材料。制備得到

4、的合金催化劑顆粒大小在6-8nm的范圍，顆粒分布均勻尺寸均一。通過電化學催化實驗研究發(fā)現(xiàn)，六種不同質量分數的電催化活性面積均明顯高于商業(yè)鉑黑催化劑，同時由于引入了金屬材料Ni使得催化劑抗碳中毒的能力得到了增強，并且因為Ni低廉的價格，大大降低了催化劑的成本。同時通過對比六種不同含量的催化劑材料性能發(fā)現(xiàn)Pt wt％=50％的樣品具有最高的電催化活性表面積42.9m2 g-1，在催化甲醇氧化實驗中具有最大的正向掃描峰位電流密度（ECSA標準

5、化后）0.84mA cm-2，較高的正反向掃描峰位電流密度比I以b=1.19。
　　通過改進的Stober法制備了粒徑為30nm的二氧化硅小球，并使用抽濾法將二氧化硅小球填充到孔徑為200nm的多孔氧化鋁模板中，以此復合結構為模板制備得到了三種不同含鉑質量分數的Pt-Ru合金納米線材料。合成的合金納米線直徑200nm，且均勻分布有大量直徑為30nm的孔結構。通過電催化實驗發(fā)現(xiàn)，三種樣品的ECSA均大于商業(yè)鉑黑催化劑，且具有更強的抗