论文部分内容阅读
金属铂(Pt)是常用的质子交换膜燃料电池(PEMFC)催化剂,PEMFC的商业化进程中,一直面临着包括成本过高,缓慢的氧还原动力学反应,催化剂耐久性差等因素,因此通过化学方法获得催化活性高,稳定好的电催化剂是十分有实际意义和价值的。研究表明纳米材料表面具有大量价键不饱和原子,可提高Pt基催化剂活性,因此,通过控制反应过程中的动力学因素去调控纳米材料的形貌,使其表面含有丰富的价键不饱和原子将会有效提升Pt催化剂性能。与此同时,将过渡性金属引入到Pt基纳米材料中形成合金,同样是有效的方式去提升Pt催化剂的活性与抗中毒性。本研究的主要内容如下:1.在阳离子表面活性剂(十六烷基溴化三甲胺,CTAB)形成的胶体溶液中,以碲纳米线为模板,氯铂酸为Pt前体,通过控制Pt反应前驱体的添加速率,得到了具有大量棱角边原子的刺状多孔Pt纳米管晶体材料。实验发现CTAB可以有效促进Pt纳米结构中富含价键不饱和原子“枝”晶微结构的形成,刺状Pt管对甲醇氧化时峰电流值可达0.26 mA/μg,高于商业Pt/C的0.17 m A/μg,进行循环测试1000 s之后,发现刺状多孔Pt纳米管的稳定性也同样优于Pt/C。2.以CTAB为包覆剂,碲纳米线为模板,通过采用两步添加Pt前驱物并中途改变反应温度的操作方式,成功获得枝状Pt花纳米晶体,实验发现模板Te原子的摩尔体积是Pt原子的2.24倍,在合成过程中起到了非常重要的作用,枝状纳米Pt花对甘油进行电催化氧化时峰电流值可达0.18 A/mg,是Pt/C(0.07 A/mg)的2.6倍,稳定性测试5000 s后,枝状Pt花的活性仍优于Pt/C。3.利用N,N-二甲基甲酰胺与油酸组成的油相体系合成截角Pt和PtCu八面体颗粒,通过调控反应过程中的温度,从而实现规则纳米颗粒的自组装,当反应前驱体的浓度较大的时候,可形成微米级多孔Pt和PtCu框架积木组装体(SMPB),当反应浓度降低时,可形成Pt和PtCu框架纳米网规则阵列结构(M),结构分析发现这种规则有序结构的衔接部位会暴露大量的台阶原子,有利于材料的活性提升。测试表明,对于氧还原反应,PtCu-SMPB在0.9 V(vs.RHE)的质量活性为0.121 A/mg,显著高于Pt/C(0.521 A/mg),稳定测试8000圈,PtCu-SMPB依然保持高活性,说明自组装框架结构有助提升催化剂的性能。