基于贵金属纳米杂化材料的合成及其电化学性质的研究

发布时间：2021-06-18 21:04

　　燃料电池技术来源于原电池反应,原理是将燃料分子的化学能转化为电能进行输出。这个转化过程与传统内燃机发电过程（化学能-热能-动能-电能）不同,因此不受卡诺循环的限制,可以达到极高的转换效率。并且燃料电池排出的产物几乎都是二氧化碳和水,具有清洁高效环保的特点。尤其这些年来人们对于雾霾天气所带来的健康危害越来越重视,使得这个特点尤为重要。然而,传统商用Pd/C催化剂的电催化效率较低,使得阳极的氧化过程缓慢,并且催化剂的用量大造成了高昂的成本,这些都成为了制约其发展的关键因素。随着近年来对于电催化的研究,许多新型的高性能、寿命长、成本低的电催化剂陆续出现。其中,尤以贵金属Pd基材料得到了来自能源,材料科学,电化学,纳米科学等领域的广泛关注。Pd在甲酸电氧化催化反应中表现出了比Pt具有更强的活性,甲酸在Pd的表面更加容易分解。然而,单一的Pd元素在催化过程中对CO的耐受性不是很理想,容易失活。因此,将杂化体系引入Pd基材料,例如掺入非贵金属元素进行形貌与反应位点的调控、向催化剂材料中掺杂入合适的碳材料提高质荷传输的速度,对提高催化剂的电催化性能有着非常重要的意义。本论文致力于设计与制备一系列的双... 

【文章来源】：苏州大学江苏省

【文章页数】：102 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１－１：氢燃料电池反应示意图［｜（）］

基于贵金属纳米杂化材料的合成及其电化学性质的研究?第一章??最广泛的是铂炭催化剂，由于其对于直接醇类燃料电池具有很好的催化活性。但??是其瓶颈在于表面铂原子容易与Ｃ０相结合导致中毒，从而大大降低了电催化剂??稳定性和使用寿命１２５＿２９］。因此要想提高电催化剂的性能，必须要从结构，尺寸，??组成入手，开发新型催化剂。近年来，纳米级的贵金属基电催化剂成为了研宄热??点。其中，非贵金属的掺杂就是一个热门的研宄方向，如图１－２所示。非贵金属??杂化体系的引入，可以实现贵金属基纳米材料的结构、组成与尺寸的调控，进而??提升催化性能。目前，非贵金属掺杂导致了各种新型的结构井喷，例如核壳，合??金，超支化等，都具有不错的催化性能。这些纳米结构在成分，尺寸，电子结构??等方面都可以进行调控，具有很好的研究前景。??Ｎｏｎ－ｎｏｂｌｅ?Ｊ（??？〇ｅ?Ｎｏｂｌｅ????闕？■??？?□?＿??图１－２：非贵金属掺杂的示意图［６】。??Ｆｉｇｕｒｅ?１－２．?Ｔｈｅ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｎｏｎ－ｎｏｂｌｅ?ｍｅｔａｌ?ｄｏｐｉｎｇ．??除了铂元素，钯基的纳米材料也具有很好的催化活性。虽然，在直接醇类燃??料电池中钯的醇氧化和氧还原催化活性均不如铂。但是对于甲酸燃料电池中甲酸??的电催化氧化，钯及钯基材料都表现出了优于铂基材料的高性能表现。许多相关??的理论计算也表明，钯表面的更容易发生甲酸脱氢反应，也不容易产生ＣＯ中毒??现象［２３］。同时，钯基催化剂对于氧还原也有较好的催化活性，其对甲醇的耐受性??７??

基于贵金属纳米杂化材料的合成及其电化学性质的研宄?第一章??只能应对一元催化剂的合成，对于多元催化剂束手无策。众所周知，纳米级电催??化剂的晶体结构，分散程度，比表面积等决定催化性能的因素会受到不同合成方??法的影响。此外，我们还关注纳米粒子的组成方式。以核壳结构与混合合金结构??为例，混合合金结构就更加稳定，并且每种元素都可以在电催化中起协同作用。??所以，这样的物质结构可以应用于更广泛的电催化反应，特别是在研宄纳米粒子??组成、形态和大小如何影响电化学反应的体系中更加重要。例如图１－３中，就举??例说明了合成树枝状纳米材料可以通过多种方法。因此，实事求是，选择最可行??的合成方法，对于最终电催化剂的性能极为重要。目前，许多合成方法都是基于??氧化还原的化学原理，一步或者多步地将金属盐转化为纳米颗粒。化学方法可分??为电化学法，水（溶剂）热分解法，化学还原法，核壳生长法，化学气相沉积法，??微乳液法，高温合金法，光化学法等。主要的合成方法如下文所述。??嫌??〇?－?ａ?－?ｓ??图１－３：多种合成树枝状纳米材料的过程的示意图［３Ｇ］。??Ｆｉｇｕｒｅ?１－３．?Ｔｈｅ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｖａｒｉｏｕｓ?ｐａｔｈｗａｙｓ?ｔｈａｔ?ｃａｎ?ｌｅａｄ?ｔｏ?ｂｒａｎｃｈｅｄ?ｍｅｔａｌ??ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｓ．??电化学沉积法，是一种利用电化学方法向含有金属盐的水溶液通电，使金属??９??

【参考文献】：
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本文编号：3237381