等離子體還原制備炭載材料的研究.pdf

1、由于化石燃料的使用給人類帶來巨大的資源和環(huán)境問題,因而氫能逐漸成為能源科學界的熱點。氫能利用有三個關鍵技術(shù),即制氫,儲氫和燃料電池。氫能是以氫為能量載體,若代替石油制品作為交通工具的燃料,則必須解決氫的高能量密度儲存問題。而燃料電池由于催化劑的性能問題使其離商業(yè)化實際應用還有差距。因此本文將通過輝光放電等離子體制備高分散高負載炭基甲醇燃料電池電催化劑和吸附儲氫材料Pt/C,以期能夠改善它們的性能。同時,探索等離子體法還原制備納米金屬的特

2、點。
　　 本研究首先利用等離子體還原HAuCl4、PdCl2、H2PtCl6和AgNO3四種金屬鹽為金屬態(tài),并探討了其機理有兩種可能:一是靜電力還原;一是等離子體在水中產(chǎn)生的強還原劑eaq-和H°還原了金屬。實驗中發(fā)現(xiàn)等離子金屬還原制得的納米顆粒具有較小的z/x值,說明等離子體處理得到的金屬顆粒更接近半橢球體形狀,即金屬趨向于以更大的表面積鋪展在載體表面,容易形成金屬膜。實驗中基片上形成的鈀膜印證了此點。
　　 本研究

3、進一步利用等離子體還原制備高分散、高載量Pt/Vulcan XC-72電催化劑。等離子體還原的20％和40％的Pt顆粒分布窄其尺寸僅分別為1.43 nm和1.5nm。在0.5 mol/L H2S04+1 mol/L CH3OH溶液測得的伏安循環(huán)圖中,甲醇的氧化峰都出現(xiàn)在0.73V左右,20％Pt/C-plasma峰電流密度在35.2 mA/cm2,40％Pt/C-plasma峰電流密度在68.9 mA/cm2。等離子體制得的Pt/C催化

4、劑在Pt的粒徑、電化學活性表面積、對甲醇氧化的電催化活性方面優(yōu)于國外的Johnson Mattey商業(yè)Pt/C催化劑。
　　 本研究還利用等離子體還原制備儲氫材料Pt/AX-21。等離子體制備的Pt/AX-21-P在298 K和10 Mpa下的儲氫量從氫氣還原制備Pt/AX-21-H的1.19 wt％增加到1.46 wt％。從TEM中發(fā)現(xiàn)等離子體還原的Pt金屬不但尺寸小,更重要的是都嵌入到炭載體中,這就增加了金屬與載體的連接,從

5、而通過增加溢流提高了儲氫量。吸附熱、吸附速度和表觀活化能的測量計算也證明了這點。
　　 本論文最后研究利用氧氣等離子體處理炭材料并用于儲氫。氧等離子體改性的Pt/TC-O和Pt/AX-21-O在298 K和10 Mpa下的儲氫量從沒改性的1.17 wt％和0.98 wt％分別增加到1.74 wt％和1.48 wt％。模擬計算得出促進溢流的含氧基團順序為:內(nèi)酯基>半醌基>羧基>羥基。XPS結(jié)果分析內(nèi)酯基的氫吸附為不可逆,半醌基是最