納米多孔鉑基材料的制備及其甲醇電催化性能研究.pdf

1、本文主要采用自由去合金化法制備了一系列納米多孔Pt基金屬材料，對(duì)材料的結(jié)構(gòu)、組分等進(jìn)行了詳細(xì)的表征，從性質(zhì)表征和應(yīng)用研究幾個(gè)方面進(jìn)行了論述，主要內(nèi)容包括室溫下去合金化法制備納米多孔Pt，納米多孔PtNi，納米多孔PtCo合金材料，并探討其甲醇電催化性能。旨在發(fā)展一種簡(jiǎn)便有效的方法來制備納米多孔Pt基催化劑材料，并探索這類材料在甲醇燃料電池方面的應(yīng)用前景。本研究主要內(nèi)容包括：
　?、湃ズ辖鸹ㄖ苽浼{米多孔Pt及甲醇電催化性質(zhì)研究。選

2、擇性腐蝕PtAl合金制備了納米多孔 Pt。掃描電子顯微鏡證明無論在酸性還是堿性溶液中選擇性腐蝕PtAl合金所制備的樣品都具有三維空間內(nèi)相互雙連續(xù)的海綿狀結(jié)構(gòu)，其孔壁尺寸均勻分布在6 nm左右，成分分析證明在堿性溶液中去合金化PtAl合金48h后，大部分 Al被選擇性腐蝕掉了。在催化性能測(cè)試中發(fā)現(xiàn)納米多孔Pt與商業(yè)John-Matthey Pt/C催化劑(20 wt.％)相比，對(duì)甲醇的電氧化表現(xiàn)出了更負(fù)的甲醇氧化峰電位與較負(fù)的CO電氧化電

3、位，并且Pt的質(zhì)量活性與表面積活性也明顯提高，展現(xiàn)出了優(yōu)異甲醇電催化性能與抗CO中毒能力。另外，通過在酸性溶液中長(zhǎng)時(shí)間掃描催化劑，納米多孔Pt由于消除了顆粒團(tuán)聚等因素，表現(xiàn)出了良好催化耐力和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。
　?、迫ズ辖鸹ㄖ苽浼{米多孔PtCo與PtNi合金及其甲醇電化學(xué)氧化研究。將去合金化方法應(yīng)用到三元合金體系，室溫下在 NaOH溶液中選擇性腐蝕 PtCoAl和PtNiAl合金，X射線衍射證實(shí)，所得樣品是結(jié)構(gòu)均勻的單相PtCo與Pt

4、Ni合金，透射電子顯微鏡與掃描電子顯微鏡證明所得樣品具有均勻的三維雙連續(xù)的海綿狀結(jié)構(gòu)，孔壁尺寸小至3nm。相比E-TEK Pt/C催化劑，制備的納米多孔的PtCo與PtNi合金在甲醇電化學(xué)氧化中表現(xiàn)出了優(yōu)越的催化活性，具有較低的甲醇氧化峰電位和較強(qiáng)的CO抗中毒能力。更為重要的是，盡管引入了較為活躍的Co或Ni，在酸溶液中掃描5000圈循環(huán)伏安后，Pt的電化學(xué)表面積損失較小，顯示了較強(qiáng)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。X射線光電子能譜和DFT計(jì)算表明，鈷或鎳

5、與Pt的合金化、改變了Pt的電子結(jié)構(gòu)，d帶中心降低，進(jìn)而提高了甲醇氧化活性，降低了一氧化碳的中毒。這類納米材料以其優(yōu)異的催化性能、簡(jiǎn)便環(huán)保的制備方法、獨(dú)特的結(jié)構(gòu)為其在工業(yè)催化和燃料電池技術(shù)中的應(yīng)用提供了明顯的優(yōu)勢(shì)。
　?、侨ズ辖鸹ㄖ苽涠嗉?jí)納米多孔PtFe合金及其甲醇電化學(xué)氧化研究。通過在堿性溶液中選擇性的去合金化 PtFeAl三元合金制備了結(jié)構(gòu)均勻雙金屬比例可控的納米多孔PtFe合金(NP-PtFe)。多孔結(jié)構(gòu)包含尺寸在100-

6、150nm范圍內(nèi)的大孔壁(納米棒)和尺寸約3納米的超細(xì)合金孔壁。與納米多孔 Pt(NP-Pt)和商業(yè) PtC相比，NP-PtFe展示了對(duì)甲醇更好的電催化氧化活性。此外，NP-PtFe合金的催化和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性也有所增強(qiáng)。在0.5M H2SO4溶液中，設(shè)定電壓0.6-1.0 V(相對(duì)于可逆氫電極)連續(xù)掃描5000圈循環(huán)伏安之后，NP-PtFe的電化學(xué)活性表面積損失較少，而NP-Pt與Pt/C-JM催化劑發(fā)生了較嚴(yán)重的損失。NP-PtFe合金有