室溫輝光放電電子還原制備貴金屬復合體及碳在催化劑研究.pdf

1、時至今日，鉑碳催化劑一直是質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)中應用最廣泛且性能最好的陰極催化劑。然而由于其較差的催化反應動力學及穩(wěn)定性，通常需要對鉑碳催化劑進行改進處理。前期研究發(fā)現(xiàn)輝光放電電子還原在制備貴金屬催化劑時，可以控制貴金屬納米顆粒的粒徑大小，增強其與載體的相互作用，進而提高催化劑的催化活性和穩(wěn)定性。本文在前期研究的基礎(chǔ)之上，利用輝光放電電子還原在添加生物助劑以及摻雜Pd元素等不同條件下，制備了一系列經(jīng)過改進的鉑基催化劑，并全面

2、分析總結(jié)了由結(jié)構(gòu)形貌不同而導致的活性、穩(wěn)定性顯著提高的原因。
　　本文首先討論了利用輝光放電電子還原于硬模板陽極氧化鋁(AAO)表面制備貴金屬納米顆粒的可行性。制備得到的Ag/AAO復合材料具有優(yōu)異的光學性質(zhì)和表面拉曼增強特性。材料中的Ag納米顆粒在AAO表面以聚團的形式存在，并且樣品的宏觀顏色正是取決于這些聚團的尺寸大小，而與單個Ag納米顆粒的粒徑關(guān)系較小。這一研究結(jié)果說明，在沒有保護劑、分散劑等有機試劑的影響下，通過輝光放電電

3、子還原制備貴金屬納米顆粒，可以更本征準確地分析其性質(zhì)與納米顆粒之間的關(guān)系，這也為通過輝光放電電子還原制備Pt基催化劑的研究提供了基礎(chǔ)。
　　之后，本文討論了利用輝光放電電子還原制備的Pt/C-E催化劑在氧還原反應上的評價結(jié)果。通過旋轉(zhuǎn)圓盤電極技術(shù)測試發(fā)現(xiàn)，Pt/C-E催化劑的活性要高于傳統(tǒng)商業(yè)Pt/C催化劑，同時穩(wěn)定性也有一定的提高。催化劑表征發(fā)現(xiàn)經(jīng)等離子體還原得到的Pt納米顆?；疽?111)晶面為主，并含有少量的(200)晶面

4、。正是這點特性導致其與氧的晶面結(jié)合能顯著降低，進而提高了其催化活性和穩(wěn)定性。
　　以生物成分作為助劑制備貴金屬納米顆粒的方法具有粒徑形貌可控，方便快捷等諸多優(yōu)勢。而結(jié)合等離子體制備的Pt-Peptide樣品更是具有突出的光催化活性。在本文中，借助多肽KLVFF，利用輝光放電電子還原制備的Pt(111)-P/C催化劑不僅具有優(yōu)異的ORR催化活性和穩(wěn)定性，其粒徑形貌等也具有突出特點。催化劑中的Pt納米顆粒暴露晶面幾乎全部為(111)晶

5、面，同時粒徑僅有2nm左右，且不隨載量的變化而改變。這樣的粒徑形貌特性使其獲得了最小的與氧的晶面結(jié)合能。此外，多肽的引入，不僅顯著增加了催化劑對電子的傳遞速率，碳載體上也被摻雜氮元素，從而進一步提高了對氧氣的吸附能力。
　　通過加入Au、Pd或過渡金屬元素制備的Pt基合金催化劑已經(jīng)被證明是一種改進鉑碳催化劑的有效途徑。在本文中，利用輝光放電電子還原制備了PtPd/C催化劑，并對其進行了表征和電化學評價。催化劑中的Pt、Pd兩種元素