納米多孔核-殼結(jié)構(gòu)氧還原電催化劑的制備、表征與性能研究.pdf

1、在各種綠色能源技術(shù)中，質(zhì)子交換膜燃料電池（proton exchange membrane fuel cells, PEMFCs）可以高效地將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能。由于燃料電池具有低碳或零碳排放的特點(diǎn)，因此在過去十年內(nèi)受到了科研工作者的廣泛關(guān)注。但是燃料電池的大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用卻受到高Pt催化劑需求量的影響而受到了嚴(yán)重的阻礙，因?yàn)镻t催化劑不僅價(jià)格昂貴，且資源有限。
　　脫合金納米多孔金屬由于具有特殊的結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能而在燃料電池的開發(fā)

2、應(yīng)用上具有潛在價(jià)值。通過在適宜的電解液中腐蝕商業(yè)化的合金薄膜得到的納米多孔金（nanoporous gold, NPG）,這種材料本身就可以作為一些電極反應(yīng)的催化材料，進(jìn)一步對其表面功能化，所得到的納米多孔金基催化劑對燃料電池而言更加具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢，例如高比表面積，高電子傳導(dǎo)率，高穩(wěn)定性和高的貴金屬利用率。因此，本論文以納米多孔金為基底，通過不同方法制備原子層級 Pt殼催化劑，并探究它們的形貌與性能，以及在電催化和燃料電池領(lǐng)域的應(yīng)用

3、。具體研究內(nèi)容如下：
　　（1）通過 Cu欠電位沉積-原位置換的方法，構(gòu)建了一種自支撐的納米多孔金屬電催化劑，它有著亞納米厚的PtPd殼，開始的ORR質(zhì)量活性在0.9V（vs RHE）時(shí)達(dá)到了1.140 A mgPt-1。在30000個(gè)電勢循環(huán)后質(zhì)量活性達(dá)到了1.471 A mgPt-1，并且穩(wěn)定至100000個(gè)電勢循環(huán)。利用一氧化碳掃除和甲酸電氧化實(shí)驗(yàn)推測出活性改變的起源------表面結(jié)構(gòu)演化。從開始的 PtPd合金殼到表面富

4、鉑的三元合金表面結(jié)構(gòu)，再到最后的統(tǒng)一穩(wěn)定的PtPdAu三元合金結(jié)構(gòu)。
　　（2）通過化學(xué)還原沉積的方法，在納米多孔金表面修飾原子層級的Pt殼層，成功制備了NPG-Pt氧還原電催化劑。該催化劑在酸性電解質(zhì)中對于氧還原反應(yīng)有著優(yōu)秀的催化活性，與商業(yè)Pt/C催化劑相比，該催化劑可以在0.9 V（vs RHE）實(shí)現(xiàn)0.44 A mgPt-1的質(zhì)量活性，相比商業(yè)催化劑，催化活性增強(qiáng)近2.8倍。此外，該催化劑材料顯示出卓越的穩(wěn)定性。經(jīng)過300