铂铜合金纳米线的合成及对甲醇电催化性能的研究

发布时间：2017-03-26 02:01

  本文关键词：铂铜合金纳米线的合成及对甲醇电催化性能的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：研究催化活性高、耐用性好且价格低廉的Pt基催化剂,对于推进燃料电池技术来说是有着非常重要意义的一项研究。由于单金属Pt在甲醇催化应用中容易被CO类中间物质吸附毒化而使得催化活性降低,研究高稳定性的Pt基催化剂则成为了一项重要课题。当两种不同的金属形成合金时,由于其协同效应和电子效应的共同作用,可以有效提高催化剂的催化活性及稳定性。近来PtCu合金纳米材料颇受关注。研究表明,当Pt与Cu形成合金时,能大大提高单金属Pt的催化性能,并且PtCu合金催化剂的稳定性和抗中毒性均有很大提升。此外,由于合金纳米线材料具有高比表面积,催化过程中线结构利于传质传电子,在催化材料领域也是一大热点。在众多合成纳米线的方法中,溶剂热法简单易操作,可控性高,不需要加入任何模板或外加场,使其颇具优势且前景很好。目前已成功利用该法合成了Pt、PtAu、PtPd、PtCu 和 PtNi等纳米线材料。然而之前的工作只集中在纳米线的合成表征与催化应用上,没有将纳米线的成分与各项物理性质联系起来进行研究,也缺乏对催化机理的探究。本文采用无模板溶剂热法成功合成了成分可控的超细PtCu合金纳米线,并通过EDX、SEM、TEM、XRD、XPS及电化学测量等方法,系统的研究了合金纳米线的合成条件、生长机理、催化活性稳定性与成分之间的关系、催化机理。获得了以下研究结果：(1)PtCu纳米线的最佳合成条件为：KOH 500 mg, EG/DMF比例为4：6,反应温度170℃,反应时间为8h。PtCu纳米线的生长机理为晶格取向生长机理。(2)单根PtCu纳米线径约为1.3 nm,线束直径范围25±9nm。PtCu纳米线为面心立方合金相结构。其成分可以通过控制初始反应溶液中的Pt与Cu的离子比来实现控制,离子配比与纳米线成分变化成线性关系。(3)PtCu合金纳米线对甲醇氧化的电催化作用展现出与成分相关的催化协同效应。其中Pt32Cu68合金纳米线对甲醇氧化反应的电催化活性最高,质量电流密度达到707 mA·mg-1,稳定性最好,其抗CO中毒性能也最佳。(4)PtCu合金纳米线催化活性及稳定性的提高归功于Pt与Cu之间的双官能团协同效应。Pt晶格中掺入Cu原子形成合金,Cu提供CO操纵位点,而且CO与Cu结合得更紧密,使Pt催化剂的活性位点不易受CO的吸附而中毒,从而提高其催化性能。
【关键词】：铂铜合金 纳米线 成分可控 电催化 协同效应 甲醇氧化反应
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.1;O643.36
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-23
• 1.1 纳米线的概述10-13
• 1.1.1 纳米线的类型10
• 1.1.2 纳米线的优势10-12
• 1.1.3 纳米线的应用12-13
• 1.2 纳米线的合成方法研究进展13-18
• 1.2.1 交流电沉积法13-14
• 1.2.2 化学法14-18
• 1.3 铂铜合金纳米材料的催化应用18-20
• 1.3.1 合金纳米材料的优势及其性能影响因素18-19
• 1.3.2 铂铜合金纳米材料的优势及其催化应用19-20
• 1.4 本论文研究的意义和内容20-23
• 1.4.1 研究背景20-21
• 1.4.2 研究意义21-22
• 1.4.3 本论文研究内容22-23
• 第2章 铂铜合金纳米线的合成条件研究23-30
• 2.1 引言23
• 2.2 实验材料及方法23-24
• 2.2.1 实验材料与仪器23-24
• 2.2.2 实验方法24
• 2.2.3 纳米线的表征24
• 2.3 铂铜合金纳米线的合成条件研究24-28
• 2.3.1 KOH的影响24-25
• 2.3.2 EG与DMF比例的影响25-26
• 2.3.3 反应温度的影响26-27
• 2.3.4 反应时间的影响27-28
• 2.4 纳米线的生长机理研究28
• 2.5 本章小结28-30
• 第3章 铂铜合金纳米线的成分、形貌与相结构分析30-38
• 3.1 引言30
• 3.2 实验材料及方法30-32
• 3.2.1 实验试剂与设备30-31
• 3.2.2 纳米线的制备方法31
• 3.2.3 纳米线的表征31-32
• 3.3 纳米线成分与反应溶液金属比的关系32
• 3.4 纳米线的形貌与线径分析32-34
• 3.5 纳米线相结构分析34-36
• 3.6 本章小结36-38
• 第4章 铂铜合金纳米线对甲醇电催化性能的研究38-52
• 4.1 引言38
• 4.2 实验材料及方法38-40
• 4.2.1 实验材料与仪器38-39
• 4.2.2 实验方法39-40
• 4.3 铂铜合金纳米线对甲醇电催化性能的研究40-48
• 4.3.1 脱合金过程40-41
• 4.3.2 电化学活性表面积41-42
• 4.3.3 合金成分对甲醇电催化性能的影响42-43
• 4.3.4 合金纳米线对甲醇电催化的稳定性研究43-47
• 4.3.5 合金纳米线抗CO中毒性能的研究47-48
• 4.4 铂铜合金纳米线表面状态的研究48-49
• 4.5 铂铜合金纳米线对甲醇催化氧化的机理研究49-50
• 4.6 本章小结50-52
• 结论52-53
• 参考文献53-63
• 附录 攻读学位期间所完成的学术论文目录63-64
• 致谢64

  本文关键词：铂铜合金纳米线的合成及对甲醇电催化性能的研究，由笔耕文化传播整理发布。

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本文编号：268071