鉑納米粒子的電化學(xué)制備及其電催化性能研究.pdf

1、貴金屬鉑納米粒子是燃料電池、石油化工等領(lǐng)域廣泛使用的催化劑。由于鉑金屬資源匱乏、價(jià)格昂貴，如何進(jìn)一步提高鉑金屬納米粒子的催化活性、穩(wěn)定性和利用效率一直是氫能源和相關(guān)領(lǐng)域的重大關(guān)鍵問(wèn)題。因此，具有高性能的鉑金屬納米粒子的可控制備是當(dāng)今的研究熱點(diǎn)之一。
　　制備鉑納米粒子常用的方法有化學(xué)法和電化學(xué)法。化學(xué)法通常在合成時(shí)加入表面活性劑作為納米粒子的穩(wěn)定劑，以達(dá)到制備分散性好的小尺度納米粒子的目的。穩(wěn)定劑吸附在納米粒子表面，不僅可以很好地

2、調(diào)控納米粒子的形貌以及提高其分散性，并且通過(guò)降低納米粒子表面能使其穩(wěn)定存在。但穩(wěn)定劑的加入帶來(lái)了一個(gè)很大的問(wèn)題，即這些穩(wěn)定劑占據(jù)著納米粒子的表面位使其催化活性降低，并且這些穩(wěn)定劑在納米粒子上發(fā)生強(qiáng)吸附，使得很難徹底清除，造成催化劑體系的清潔程度不夠高，即使通過(guò)有效的物理化學(xué)方法徹底除去表面活性劑，納米粒子的穩(wěn)定性仍存在問(wèn)題。而電化學(xué)法在合成時(shí)無(wú)需加入穩(wěn)定劑，納米粒子的成核、生長(zhǎng)和氧化刻蝕電位易于調(diào)控，并且電化學(xué)法方便、簡(jiǎn)捷、所需合成時(shí)間

3、較短、體系潔凈，從而具有較好的應(yīng)用前景。
　　本工作利用電化學(xué)方法合成不同形貌和結(jié)構(gòu)的鉑納米粒子，并研究其對(duì)于有機(jī)小分子的電催化性能。主要研究結(jié)論分為以下三個(gè)部分:
　　(1)運(yùn)用線性掃描電沉積的方法合成了鉑納米立方體和碳納米管負(fù)載的鉑納米立方體。該方法簡(jiǎn)便易行，合成量較易調(diào)控。通過(guò)對(duì)其結(jié)構(gòu)及電催化性能研究得知，鉑納米立方體是由Pt(111)擇優(yōu)取向的小晶體組成，在鉑納米立方體上乙醇氧化電位較商業(yè)碳載鉑提前168mV，其穩(wěn)定

4、性也優(yōu)于商業(yè)碳載鉑。電化學(xué)原位紅外光譜結(jié)果表明乙醇的氧化產(chǎn)物主要是乙酸。本工作對(duì)于用簡(jiǎn)單電化學(xué)法合成具有較高催化活性和穩(wěn)定性的鉑納米粒子具有重要意義。
　　(2)利用方波電沉積的方法制備了鉑偏方三八面體納米晶體，掃描電子顯微鏡(SEM)和高分辨率透射電鏡(HRTEM)研究表明，鉑偏方三八面體納米晶體表面主要由高指數(shù)晶面(522)圍成。循環(huán)伏安方法研究了鉑偏方三八面體對(duì)有機(jī)小分子的電催化氧化活性，研究表明其對(duì)C-1分子、乙醇、乙二醇

5、燃料的電氧化的催化活性均優(yōu)于商業(yè)碳載鉑催化劑，進(jìn)一步地合成了碳納米管負(fù)載的鉑偏方三八面體納米粒子，其對(duì)甲酸的電催化活性是商業(yè)碳載鉑的3.8倍。
　　(3)利用直接方波電沉積的方法，首次在無(wú)支持電解質(zhì)的鍍鉑液中合成了鉑八面體納米粒子，在有支持電解質(zhì)的同一鍍鉑液中通過(guò)改變前驅(qū)體濃度和生長(zhǎng)電位合成了由高指數(shù)晶面圍成的鉑二十四面體和鉑凹六八面體納米粒子;研究了支持電解質(zhì)、前驅(qū)體濃度、生長(zhǎng)電位對(duì)鉑納米粒子形貌的影響，初步總結(jié)出納米晶體形貌的