Pd、Pt基燃料电池催化剂的制备及性能研究
【摘要】近年来,以液态醇类为燃料的直接醇类燃料电池由于其高效、清洁等优点受到了人们广泛关注。然而,将醇类直接电化学氧化比较困难,因此需要高催化活性及稳定性的催化剂。其中,贵金属催化剂,如Pd和Pt,其优异的催化性能已被人们所熟知。但是,贵金属的储量有限,价格相对昂贵,大大阻碍了直接醇类燃料电池的发展与应用。因此,目前有关燃料电池方面的研究大都集中在如何提高催化剂的活性及降低催化剂的成本等方面。本论文从降低催化剂成本、提高催化活性及稳定性等问题入手,制备了以石墨烯为载体的Pd基金属催化剂以及无载体的一维Pd、Pt纳米催化剂,并对其形貌、结构及组成进行了研究,同时详细考察了其电化学性能。研究内容主要包括以下几个方面：(1)以硼氢化钠为还原剂共还原氧化石墨、氯化钯及氯金酸成功制备了石墨烯的负载PdAu双金属纳米颗粒(PdAu/CRG)。采用X射线衍射、扫描电子显微镜及透射电子显微镜等对其结构、形貌及组成进行了分析,结果表明所制备的PdAu纳米颗粒的平均直径约为6nm,且均匀分布在石墨烯的片层中。采用循环伏安法及计时电流法对PdAu/CRG的电化学催化乙醇性能进行了研究,结果表明PdAu/CRG在碱性条件下有着比碳纳米管和碳粉负载的PdAu纳米颗粒更优异的乙醇催化活性及稳定性,是一种较为理想的碱性乙醇燃料电池催化剂。(2)采用水热法制备了直径约为10nm、长度为微米级的Te纳米线,并以Te纳米线为模板和还原剂,制备了Pd纳米线和Pd纳米管。采用扫描电子显微镜及透射电子显微镜等对Pd纳米线及Pd纳米管结构、形貌及组成进行了分析,结果表明所制备的Pd纳米材料与Te纳米线有着类似的形貌。电化学结果表明,Pd纳米线和纳米管对乙醇的催化催化稳定性明显优于碳负载的Pd纳米颗粒。(3)以Te纳米线为模板及还原剂合成了PdPt双金属纳米管,其扫描电子显微镜及透射电子显微镜结果显示所制备的PdPt纳米管的直径在10nm-20nm左右,长度可以达到微米级。采用X射线衍射、能谱、及扫描透射电子显微镜对其组成进行了分析,结果显示Pd和Pt原子较均匀地分布在PdPt纳米管中。同时对纳米管的形成机理进行了假设。电化学结果表明所制备的PdPt纳米管在碱性条件下有着较好的催化活性,且其催化稳定性比碳负载的PdPt纳米颗粒更好。(4)采用欠电位法在直径为10-20nm、长度为微米级的Pd纳米线表面沉积了单原子层的Cu,并通过化学置换法得到了单原子层的Pt,得到了单原子层Pt修饰的Pd纳米线,并采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X光电子能谱及能谱仪对其结构、形貌、组成进行了研究。通过循环伏安法及计时电流法考察了单原子层Pt对Pd纳米线在碱性条件下对乙醇氧化性能的影响,结果表明单原子层的Pt不仅能提高其催化活性,更能提高其催化稳定性。而常规电化学沉积Cu并通过置换法得到的Pt虽然能提高催化活性,但其催化稳定性却有所降低。(5)采用化学法在Pd纳米管表面沉积了多孔的Pt,扫描电镜及透射电镜图表明沉积Pt后纳米管的直径变大而且表面变得较为粗糙,其表面是由许多直径约2-3nm的Pt纳米颗粒组成,颗粒之间形成了许多缝隙,从而构成了多孔的Pt。电化学结果表明沉积Pt之后,纳米管的乙醇催化活性有较大提高,甚至比碳载体负载的Pd纳米颗粒更好,但其催化稳定性却有所降低。(6)以Te纳米线为模板及还原剂,同时采用抗坏血酸及聚乙烯吡咯烷酮控制Pt的形貌,得到具有多孔状的Pt纳米线。其扫描电镜及透射电镜结果表明,所制备的Pt纳米线的直径在20-30nm左右,其由很多平均尺寸在3nm左右Pt纳米颗粒组成,类似于许多“葡萄”长在树枝上,并且纳米颗粒之间形成了许多小孔。通过改变H2PtCl6、PVP和AA的剂量,可以成功地制备出不同直径的葡萄状Pt纳米线。电化学结果表明该Pt纳米线具有比碳粉负载的Pt更好的氧还原催化活性及稳定性。
【作者】黄中原；
【导师】旷亚非；
【作者基本信息】湖南大学，化学工程与技术，2014，博士
【关键词】燃料电池；钯；铂；乙醇氧化；氧还原；
【参考文献】
[1]王斌,李健伟,卫亚东,王健.石墨烯带正常-超导结的量子输运[J].深圳大学学报(理工版),2014,02:111-118.
[2]左慧.KA公司人力资源管理风险研究[D].兰州理工大学,工商管理,2013,硕士.
[3]廖友友.基于神经网络的建筑工程项目风险评价研究[D].武汉科技大学,技术经济及管理,2012,硕士.
[4]于进.美国新霸权主义评析[D].大连理工大学,马克思主义理论与思想政治教育,2004,硕士.
[5]徐佳.野生和栽培防风颜色气味与质量的相关性研究[D].北京中医药大学,中药生药学,2014,硕士.
[6]赵海.横风中高速铁路声屏障对列车气动性能和动力学性能影响研究[D].西南交通大学,载运工具运用工程,2013,硕士.
[7]孙雪.基于PLS的城市轨道交通乘客满意度研究[D].北京交通大学,应用统计（专业学位）,2013,硕士.
[8]李子木,龙利斌,迟臣焕.本钢二铁3号高炉短期封炉后的炉况恢复[J].炼铁.1997(06)
[9]徐溪.低层高密度住宅区景观设计方法研究[D].大连理工大学,美术学,2013,硕士.
[10]李静海.提高防空导弹破片式战斗部综合杀伤效能的技术途径[J].飞航导弹.2006(08)
[11]邵东桥.香妃墓琉璃砖破坏机理及防治方法研究[D].兰州大学,防灾减灾工程及防护工程,2013,硕士.
[12]张进之.热连轧控制系统优化设计和最优控制[J].冶金自动化,2000,06:48-51.
[13]黄源,张福炎.数据挖掘及其技术实现[J].计算机应用与软件,2001,12:1-4.
[14]赵振家.月面表取采样机土作用力学特性研究[D].吉林大学,农业机械化工程,2014,硕士.
[15]李周,田世藩,颜鸣皋.喷射成形高温合金的研究进展[J].材料导报.1999(05)
[16]何涛,王栋,李凤霞.PCA与决策树相结合的移动通信欠费预测分析[J].电脑与信息技术,2004,01:40-44.
[17]杨颖.云南松松塔中几种化学成分电子光谱理论研究[D].大理学院,药物化学,2013,硕士.
[18]郝洁.应用超声造影技术对乳腺癌新辅助化疗效果的评估[D].华中科技大学,普外科,2013,硕士.
[19]王文龙.SOI CMOS器件的总剂量辐射效应模拟及其加固设计[D].杭州电子科技大学,集成电路工程,2013,硕士.
[20]孙孟.济南国泰医院综合办公信息系统设计与实现[D].大连理工大学,软件工程（专业学位）,2012,硕士.
[21]甘波.机器人视觉仿真[D].西安电子科技大学,计算机系统结构,2011,硕士.
[22]段园园.脱落酸和茉莉酸甲酯对锁阳茎切口愈合及褐变的调控[D].内蒙古大学,植物学,2013,硕士.
[23]郑力通.小鼠脑缺血再灌注模型的建立及C3aR、C5aR拮抗剂对于小鼠脑缺血再灌注损伤的保护作用研究[D].中国人民解放军医学院,老年心内科,2013,硕士.
[24]周蓉.物联网技术在食品冷链物流中的应用参考模型[D].北京交通大学,2012.
[25]王显伦1,2,任顺成2,潘思轶1,*,曹丽萍3.木聚糖酶对冷冻馒头老化特性的影响研究[J].食品科学.
[26]潘裕复,冯染宝,苏群.CGAL－02型转炉煤气分析成套系统在酒钢的应用[J].冶金自动化,1996,03:29-31+28.
[27]马兆玲,王双印.一步法合成Fe_2O_3/N-rGO水凝胶作为超级电容器材料[A].中国化学会.中国化学会第29届学术年会摘要集——第24分会：化学电源[C].中国化学会:,2014:2.
[28]张岐.县域农村居民点整理现实潜力与时序研究[D].中国地质大学（北京）,土地资源管理,2013,硕士.
[29]肖义方.证券市场独立审计经济法责任理论研究[D].华侨大学,经济法学,2004,硕士.
[30]高剑超.琼东南盆地深水区晚渐新世—中新世丘状反射体地质解释及生物礁含气性分析[D].西北大学,矿物学、岩石学、矿床学,2014,硕士.
[31]张晓璐.简化生命周期评价方法及其案例研究[D].广东工业大学,机械设计及理论,2013,硕士.
[32]肖诗逸.电磁特异表面的理论及实验研究[D].复旦大学,理论物理,2013,博士.
[33]韩瑞.农民负担与农村税费改革研究[D].东北财经大学,国民经济学,2003,硕士.
[34]司炳昺.中国东南亚外交困境的战略分析[D].吉林大学,国际政治,2013,硕士.
[35]刘石磊.石墨烯让“透明琴键”奏出美妙音乐[J].功能材料信息,2013,Z1:109.
[36]关磊.氮气氛直流电弧放电制备新型碳纳米材料[D].天津大学,2010.
[37]本报记者李若馨.公司实质投入将左右概念股成色[N].中国证券报,2013-03-22A03.
[38]禹英杰.大模数齿条接触强度试验分析[D].机械科学研究总院,机械设计及理论,2013,硕士.
[39]王璁.智能天线中改进最小均方算法的研究[D].大庆石油学院,电力电子与电力传动,2004,硕士.
[40]高坚越.吉林市冰雪体育旅游发展研究[D].吉林大学,体育,2013,硕士.
[41]雷春雨.两类奇异基尔霍夫型方程解的存在性和多重性[D].西南大学,基础数学,2014,硕士.
[42]张楠.土壤条件对胡杨幼苗生长的影响研究[D].北京林业大学,生态学,2013,硕士.
[43]曹秋华.曹庄煤矿充填开采下承压水底板的破坏模型分析[D].青岛理工大学,工程力学,2012,硕士.
[44]张淼.亚龙房地产信息系统的实现[D].吉林大学,软件工程,2013,硕士.
[45]赵之涵.论存款保险机构在银行破产处置程序中的地位[D].中国政法大学,民商法,2013,硕士.
[46]谢顺铨.成功企业应具备的五种能力——上海刀片厂发展的思考[J].上海轻工业.2002(01)
[47]刘怡.教育游戏在小学生课后学习使用的影响因素调查研究[D].西南大学,课程与教学论,2014,硕士.
[48]张璐,黄建辉,白永飞,韩兴国.氮素添加对内蒙古羊草草原净氮矿化的影响[J].植物生态学报,2009,03:563-569.
[49]谭业强,徐春凤,方立骏,宋义虎,郑强.石墨烯填充聚苯乙烯纳米复合材料流变行为研究[A].中国化学会.中国化学会第28届学术年会第18分会场摘要集[C].中国化学会:,2012:1.
[50]王璘.山西联通企业信息发布平台的设计与实现[D].大连理工大学,软件工程（专业学位）,2012,硕士.
