碘離子調控不同維度Pt基納米結構的合成及其電催化性能.pdf

1、質子交換膜燃料電池由于其具有高效、高能量密度和零或低排放等特點，被公認是最有可能在交通運輸領域中替代內燃機的動力源和應用于移動或固定電源。雖然這類燃料電池已經(jīng)成功地應用于電動汽車的動力源和筆記本電腦、手機等的移動電源，但還存在成本、性能、壽命和氫源等問題，阻礙其實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。目前，質子交換膜燃料電池電催化劑還有待解決以下主要問題:(1)對CO敏感;(2)甲醇氧化和氧還原反應較慢;(3)需要使用貴金屬;(4)耐久性等。目前由于電子效應、協(xié)同

2、效應和晶面效應，具有特定形貌的Pt基納米材料仍是當下的研究熱點。但是鉑基催化劑合成過程中的尺寸控制、納米粒子的表面清潔以及合金納米粒子的表面結構控制合成，仍是需要解決的問題。本論文從一步水熱法出發(fā)，利用碘離子與其他綠色表面活性劑，對Pt基納米材料的合成進行調控，并進行了其對氧還原和甲酸氧化的催化研究。
　　主要研究內容如下:
　　1.利用綠色配體PAH(聚烯丙胺鹽酸鹽)和無機離子對Pt基納米材料進行表面結構控制，合成了零維多

3、孔納米球狀結構物Pt-IPNSs(Interconnected porous Ptnanospheres)，Pt-IPNSs的形貌結構特征首先由TEM、SEM表征得到，發(fā)現(xiàn)制得的催化劑是均勻的內交聯(lián)多孔的納米球結構。條件控制實驗發(fā)現(xiàn)，納米球結構的形成是PAH和碘離子共同作用的結果。具有多孔結構的Pt-IPNSs，具有較大的比表面積、較多的臺階原子、豐富的活性位點，對甲酸具有較高的催化性能，且其對甲酸氧化通過直接途徑的比例相對于商業(yè)化有很

4、大的增加，同時具有良好的抗CO毒化性能。這可能主要是由于:(1)獨特的多孔結構使得目標分子更易于接近鉑活性位點;(2)多孔結構和三維結構的共同作用更有利于甲酸氧化過程中的電子傳輸和質量傳輸。
　　2.由于第二種金屬Pd的加入，形成的PdPt合金納米材料的性能會由于電子效應和協(xié)同效應得以提高。同時，在嵌段共聚物F127和碘離子的共同作用下合成的一維波浪狀超細鈀鉑合金納米線由于彎曲處暴露出很多的臺階原子，催化性能也得到了提高。

5、　　3.濕化學法往往采用表面活性劑來控制形貌，同時防止納米粒子的團聚，但是，那些具有一定吸附作用的表面活性往往會占據(jù)表面位，降低納米粒子的催化性能。所以本工作發(fā)展了一種無表活劑、無模板的一步水熱合成三維網(wǎng)狀結構物的方法。在碘離子的調控下，合成出了珊瑚狀Pt-3DCNCs(Three-dimensional coral-like Ptnanochains)。它們互相交聯(lián)形成更大的網(wǎng)絡結構，并且具有10-50 nm不等的次生孔隙，這在很大程