負(fù)載型Pt納米晶體氧分子電催化活性的研究.pdf

1、在燃料電池和石油化學(xué)工業(yè)范疇中,金屬納米鉑(Pt)系列是一種有效的催化劑,廣泛應(yīng)用于催化活性,然而,他們?cè)谙嚓P(guān)領(lǐng)域的穩(wěn)定性和效率還有待提高。但是,這一系列催化劑的模型理論研究表明,對(duì)于 Pt系列的金屬納米材料的比較高的指數(shù)晶面,它們的臺(tái)階原子以及晶體位錯(cuò)原子的密度一般都很高,相對(duì)于{100}、{111}等低指數(shù)晶面來說,它們的催化性能更好一些。所以,一些表面是高指數(shù)晶面構(gòu)象的或者含有較多缺陷位點(diǎn)的Pt系列納米金屬材料的制備是可以大大提高

2、催化劑活性和穩(wěn)定性的最有效途徑,也是最關(guān)鍵的技術(shù)。
　　本論文工作包括三個(gè)部分:
　　1、制備Pt納米晶及其電催化性質(zhì)的研究
　　Pt由于能夠操縱氧化和還原反應(yīng)所以被廣泛地應(yīng)用在催化和燃料電池技術(shù)中,除了納米晶的尺寸大小,其形狀和形貌也能調(diào)控催化和電催化性能?，F(xiàn)在已經(jīng)有大量的化學(xué)合成路線來控制合成具有良好形狀 Pt納米晶來提高他們的催化活性和選擇性,一些常規(guī)的多面體,例如,立方體、八面體、四面體以及一些生長(zhǎng)過度的結(jié)構(gòu),

3、例如多角豆莢形狀都可以被高產(chǎn)量的合成,同時(shí)還有一些不常規(guī)的形狀,例如二十四面體。與商業(yè)化的鉑催化劑相比,這些可控制的納米晶在一系列的反應(yīng)中增強(qiáng)了其活性和選擇性。
　　本論文改進(jìn)了Yang的方法合成了Pt納米晶體,主要描述了經(jīng)過熱處理后的負(fù)載在碳納米管上的Pt納米晶實(shí)際上是一種充滿前景的催化劑來提高實(shí)際催化劑應(yīng)用中的納米顆粒的活性和穩(wěn)定性。Pt納米晶體是用化學(xué)還原方法來合成的,納米晶體的電子結(jié)構(gòu)特征可以通過 X射線光電子能譜,透射電

4、子顯微鏡和高分辨率透射電子顯微鏡等方法來表征。在此,我們將合成出來的材料修飾在玻碳電極表面,研究了溫度和氣體氛圍對(duì)于其氧化還原反應(yīng)的電催化活性的影響。
　　2、氮摻雜石墨烯氧還原活性位點(diǎn)的分布的初步研究
　　通過上個(gè)工作,我們發(fā)現(xiàn)不同的載體對(duì)氧還原活性是有影響的,因此,我們對(duì)石墨烯也進(jìn)行了研究。石墨烯很早就被發(fā)現(xiàn)其具有高機(jī)械剛度,強(qiáng)度和彈性的電導(dǎo)率和導(dǎo)熱性的二維(2D)原子晶體,是一種超薄材料,導(dǎo)電并且透明,其在電子學(xué)研究領(lǐng)

5、域和光電裝置研究領(lǐng)域都具有巨大的潛能?，F(xiàn)今制備石墨烯的方法也是多種多樣,但是其中氧化石墨烯(GO)還原法是最經(jīng)常用到的。使用這些方法最終所獲得的是石墨烯溶液的混合物,它們大都是層數(shù)不一樣、尺寸大小也不一樣。在氣體傳感器、電化學(xué)生物傳感器、構(gòu)建電子器件等方面有很大影響。GO可以看做是石墨烯的衍生物,即石墨烯片段的面上衍生了一些含氧官能團(tuán)比如羥基、環(huán)氧基團(tuán),而邊緣上衍生了羧基。
　　本研究利用透析法得到超薄層的GO片段,將其修飾在合適

6、的基底電極上,利用水合肼還原法得到氮摻雜的材料,通過沉積氧化鋅,利用透射電鏡觀察氮摻雜的位點(diǎn)以及氧化鋅沉積的位點(diǎn),從而來研究氮摻雜石墨烯氧還原活性位點(diǎn)的分布。
　　3、陽極溶出法測(cè)水中重金屬含量
　　重金屬對(duì)環(huán)境污染很嚴(yán)重,鉛鎘最為廣泛的重金屬代表之一。因此,在食品、環(huán)境、臨床和毒理學(xué)等各方面通常會(huì)對(duì)其進(jìn)行測(cè)量。電化學(xué)中一般用的是Hg電極,但其毒性大,需尋找替代電極。本實(shí)驗(yàn)選擇了Bi電極,可做為“綠色”傳感器,具有良好的分析