碘离子调控不同维度Pt基纳米结构的合成及其电催化性能

发布时间：2018-07-02 07:44

本文选题：Pt基纳米粒子 + 碘离子　；参考：《南京师范大学》2016年硕士论文

【摘要】：质子交换膜燃料电池由于其具有高效、高能量密度和零或低排放等特点,被公认是最有可能在交通运输领域中替代内燃机的动力源和应用于移动或固定电源。虽然这类燃料电池已经成功地应用于电动汽车的动力源和笔记本电脑、手机等的移动电源,但还存在成本、性能、寿命和氢源等问题,阻碍其实现产业化。目前,质子交换膜燃料电池电催化剂还有待解决以下主要问题：(1)对CO敏感；(2)甲醇氧化和氧还原反应较慢；(3)需要使用贵金属;(4)耐久性等。目前由于电子效应、协同效应和晶面效应,具有特定形貌的Pt基纳米材料仍是当下的研究热点。但是铂基催化剂合成过程中的尺寸控制、纳米粒子的表面清洁以及合金纳米粒子的表面结构控制合成,仍是需要解决的问题。本论文从一步水热法出发,利用碘离子与其他绿色表面活性剂,对Pt基纳米材料的合成进行调控,并进行了其对氧还原和甲酸氧化的催化研究。主要研究内容如下：1.利用绿色配体PAH(聚烯丙胺盐酸盐)和无机离子对Pt基纳米材料进行表面结构控制,合成了零维多孔纳米球状结构物Pt-IPNSs(Interconnected porous Pt nanospheres),Pt-IPNSs的形貌结构特征首先由TEM.SEM表征得到,发现制得的催化剂是均匀的内交联多孔的纳米球结构。条件控制实验发现,纳米球结构的形成是PAH和碘离子共同作用的结果。具有多孔结构的Pt-IPNSs,具有较大的比表面积、较多的台阶原子、丰富的活性位点,对甲酸具有较高的催化性能,且其对甲酸氧化通过直接途径的比例相对于商业化有很大的增加,同时具有良好的抗CO毒化性能。这可能主要是由于：(1)独特的多孔结构使得目标分子更易于接近铂活性位点；(2)多孔结构和三维结构的共同作用更有利于甲酸氧化过程中的电子传输和质量传输。2.由于第二种金属Pd的加入,形成的PdPt合金纳米材料的性能会由于电子效应和协同效应得以提高。同时,在嵌段共聚物F127和碘离子的共同作用下合成的一维波浪状超细钯铂合金纳米线由于弯曲处暴露出很多的台阶原子,催化性能也得到了提高。3.湿化学法往往采用表面活性剂来控制形貌,同时防止纳米粒子的团聚,但是,那些具有一定吸附作用的表面活性往往会占据表面位,降低纳米粒子的催化性能。所以本工作发展了一种无表活剂、无模板的一步水热合成三维网状结构物的方法。在碘离子的调控下,合成出了珊瑚状Pt-3DCNCs(Three-dimensional coral-like Pt nanochains)。它们互相交联形成更大的网络结构,并且具有10-50 nm不等的次生孔隙,这在很大程度上增大了催化剂与电解液的接触面积,提高了其对氧还原的催化性能。其自身的三维网状结构,作为自身模板框架,在耐久性测试之后,仍保留最开始的网状结构,具有很好的稳定性。研究其生长机理发现主要是由于以下两点：(1)由于r的加入形成了更稳定的[Pt14]2-降低了Pt(Ⅱ)的还原电势,从而通过在合成中控制反应的动力学去调控形貌；(2)r会吸附在Pt表面,促进纳米结构形成过程中Pt晶面的生长。
[Abstract]:Proton exchange membrane fuel cells are recognized as the most likely source of power for the replacement of internal combustion engines in the field of transportation and their application to mobile or fixed power sources because of their high efficiency , high energy density and zero or low emissions . Although such fuel cells have been successfully applied to mobile power sources such as power sources and laptops , mobile phones , etc . of electric vehicles , there are problems such as cost , performance , life and hydrogen source , which hinder their industrialization . Currently , the proton exchange membrane fuel cell electric catalyst has the following main problems to be solved : ( 1 ) is sensitive to CO ;
( 2 ) the reaction of methanol oxidation and oxygen reduction is slow ;
Pt - IPNSs ( Interconnected porous Pt nanoparticles ) with a porous structure is synthesized by surface structure control of Pt - IPNSs . The results show that the structure of Pt - IPNSs has a higher specific surface area , higher specific surface area , higher catalytic performance and good anti - CO poisoning performance .
( 2 ) The interaction of porous structure and three - dimensional structure is more favorable for electron transport and mass transfer in the course of formic acid oxidation . As a result of the addition of the second metal Pd , the performance of Pd - Pt alloy nano - material formed by the addition of block copolymer F127 and iodide is improved . in that invention , the contact area of the catalyst and the electrolyte is greatly increased , the contact area of the catalyst and the electrolyte is greatly increased , the catalytic performance of the catalyst and the electrolyte is improved .
( 2 ) r is adsorbed on the Pt surface to promote the growth of the Pt crystal surface during the formation of the nanostructure .
【学位授予单位】：南京师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O643.36;TB383.1

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