Cu摻雜對PtAu和PdAu納米顆粒陽極電催化劑的活性影響研究.pdf

1、目前，Pt基、Pd基多元金屬納米催化劑仍然是燃料電池陽極催化劑的主要研究內(nèi)容，其中PtAu、PdAu二元催化劑受到了研究者們的廣泛關(guān)注。研究表明，多元金屬之間存在“協(xié)同作用”、“電子效應(yīng)”、“雙功能效應(yīng)”甚至“第三體效應(yīng)”，這大大提高了Pt基、Pd基催化劑的活性和穩(wěn)定性，同時阻止了CO在催化劑表面的吸附，提高了使用壽命。本論文利用PtAu或 PdAu過渡金屬的協(xié)同作用，并在此基礎(chǔ)上添加另一種易于腐蝕溶解的Cu元素，使其在硫酸溶液中實現(xiàn)去

2、合金化，所得催化劑不僅比表面積增大，而且具有獨特的空間結(jié)構(gòu)特征，即核-殼結(jié)構(gòu)。另外，催化劑的性能還會受到載體的影響。鑒于石墨烯具有較大的比表面積和優(yōu)異的電子傳導(dǎo)能力，將碳納米管與之相結(jié)合，在一定程度上可以提供額外的表面積，也會減少載體的團聚現(xiàn)象，產(chǎn)生空間相互作用，從而使得貴金屬在負載物上具有更高的利用率，同時石墨烯表面的活性中心與貴金屬之間的協(xié)同作用也會提升催化劑對醇類的電催化氧化活性。主要研究內(nèi)容如下：
　　首先，采用液相還原法

3、制備碳納米顆粒負載鉑基催化劑(Pt10Au10Cu80/C，Pt20Au20Cu60/C，Pt30Au30Cu40/C，Pt40Au40Cu20/C和Pt50Au50/C)，硼氫化鈉作為還原劑，控制 Pt、Au原子比為1:1，不斷增加 Cu的含量，所得催化劑在0.5M H2SO4溶液中進行電化學(xué)循環(huán)伏安掃描(活化處理)，隨著Cu在催化劑中不斷腐蝕溶解，形成貴金屬富集的核-殼結(jié)構(gòu)。通過XRD、EDX、TEM、XPS以及CV等測試方法，對活

4、化前后的催化劑進行分析對比，可知Cu元素的大量溶解使得金屬納米顆粒表面的Pt、Au原子發(fā)生重構(gòu)現(xiàn)象，這就增大了貴金屬的利用率；另一方面，還會導(dǎo)致催化劑內(nèi)部晶格失配、應(yīng)變、缺陷和位錯，形成PtAuCu(核)-PtAu(殼)結(jié)構(gòu)?；罨癈u含量越高，活化過程中就會提供充足的去合金化通道，活化后內(nèi)部剩余的Cu原子越少，因此酸化處理以后的Pt10Au10Cu80/C納米催化劑對有機小分子表現(xiàn)出優(yōu)異的電催化性能和穩(wěn)定性。
　　為了進一步提高

5、陽極催化劑的各項性能，采用水熱法合成還原氧化石墨烯(rGO)-碳納米管(CNT)三維復(fù)合材料，以此作為載體。同樣利用液相還原法，制備rGO-CNT負載鈀基催化劑(Pd/rGO-CNT，PdAu/rGO-CNT，PdAuCu(10％)/rGO-CNT，PdAuCu(30%)/rGO-CNT，PdAuCu(50%)/rGO-CNT)。實驗表明，三維結(jié)構(gòu)載體通過π-π鍵、氫鍵以及靜電作用形成，這種納米復(fù)合物不僅有效避免了石墨烯層之間的團聚現(xiàn)象