Fe-Pd-P纳米多孔材料制备及其催化性能研究

发布时间：2020-06-06 01:34

【摘要】：纳米多孔材料是新材料研究领域的热点。三维均匀网状结构的纳米多孔金属材料,具有高比表面积和特殊表面界性,广泛应用于催化、传感器、电容器等领域。目前,纳米多孔金属材料常用制备方法有脱合金法、模板法等,相比而言,脱合金法工艺简单、便捷高效,易于工业化。但脱合金法要求前驱体为单相固溶体合金,极大限制了脱合金法适用的多元合金系范围。另外,在新能源领域中,燃料电池主要采用的是Pt基电极催化材料,但Pt存储量低且价格昂贵,非Pt催化剂的研究开发是十分必要。因此,本课题拟将成分均匀、无相分离的非晶合金Fe-Pd-P作为前驱体,脱合金制备新型的多元纳米多孔催化材料。本研究首先采用真空急冷甩带法制备宽约2nm、厚约25μm的非晶合金薄带,并利用SEM、EDS、XRD、DSC对非晶合金薄带进行形貌观察和结构表征。其次,将非晶合金薄带分别采用化学脱合金法和电化学脱合金法来制备纳米多孔材料,并利用SEM、EDS等对纳米多孔材料进行形貌观察和成分变化分析。最后,采用循环伏安法测试纳米多孔材料的电化学活性及电催化性能。研究了脱合金工艺、脱合金时间、脱合金恒电位等条件对纳米多孔材料形貌和成分的影响,以及对纳米多孔材料电化学活性和电催化性能的影响,主要实验结果如下:(1)利用真空急冷甩带法成功制备了宽约2mm、厚约25μm的Fe60Pd20P20非晶合金薄带。(2)将Fe60Pd20P20非晶合金作为前驱体,在25℃、1mol/L的H2SO4电解液中电化学脱合金化,成功制备了孔径尺寸为30～60nm、韧带(孔洞边界)尺寸约为10nm的三维均匀网状结构的纳米多孔合金材料。(3)与Fe60Pd20P20原非晶合金薄带相比,脱合金后获得的纳米多孔合金材料均能有效地提高电化学活性和电催化性能。其中,在恒电位为0.72V、脱合金2h所获得的纳米多孔材料,在25℃、0.5mol/L H2SO4+ 0.5mol/L HCOOH溶液中,甲酸氧化峰负移0.35V,电流密度提高了 34倍。(4)分析了脱合金恒电位和时间对纳米多孔材料形貌和成分的影响,及由此所引起的对电化学活性和催化性能的影响。其中,当脱合金恒电位处于溶解区时,增加脱合金时间,能明显地提高材料的电催化性能。本课题采用Fe-Pd-P非晶合金脱合金制备了具有电催化性能的多元纳米多孔催化材料,拓宽了脱合金法的适用合金系范围,促进了 Pd基纳米多孔材料在催化领域研究与应用。
【图文】：

示意图,合金法,多孔材料,前驱体

散形成纳米多孔结构。逡逑（４）前驱体合金材料中，，要求惰性元素在合金腐蚀界面扩散速度良好，有逡逑利于扩散形成纳米多孔结构。逡逑国内外采用脱合金法制备纳米多孔材料的前驱体，主要集中镍基、铜基、锰逡逑基、镁基、锌基、钛基、铝基合金系等［１２？］。如丫丨１＾１１１１0等＿采用Ｍｎ－Ｃｕ合金逡逑作为前驱体材料获得纳米多孔Ｃｕ；邋ＷａｎｇＹｉｎｇ等＠采用Ｃｕ－Ａｌ作为前驱体合金逡逑制备纳米多孔Ｃｕ；邋Ｃｈａｎｇ邋Ｌｉｎｇ等［２Ｑ］采用Ｎｉ－Ｚｎ合金进行脱合金处理，获得多孔逡逑镍基复合膜；丫６＿！丨１１％６１１等［２１１采用Ｎｉ－Ａｌ合金作为前驱体，获得了纳米多孔Ｎｉ；逡逑Ｙａｎｇ邋Ｃｈｕｎｌｅｉ等［２２］米用Ａｕ－Ａｇ脱合金制备纳米多孔Ａｕ传感材料；Ｗａｎｇ邋Ｚｉｙｕ等［２３］逡逑采用Ｃｕ－Ａｌ－Ｎｉ合金作为前驱体材料，制备纳米多孔Ｃｕ。脱合金法制备纳米多孔逡逑材料取得一定研究成果和应用，且主要集中在二元合金体系范围逡逑由于脱合金法前驱体材料的选择要满足Ｅｒｌｅｂａｃｈｅｒ提出的前驱体四个基本要逡逑求，极大限制了脱合金法适用的多元合金体系范围。因此，急速冷却形成的长程逡逑无序、短程有序的非晶合金，具有合金成分均匀且无相分离的优势，为脱合金制逡逑备多元纳米多孔材料前驱体的选择提供了新思路。逡逑

场发射扫描电镜,二次电子

２．实验原理及方法逡逑图２．２为德国蔡司公司的Ｚｅｉｓｓ－ＨＧＭＡＨＤ型场发射扫描电镜图。其工作原理：逡逑当入射电子束轰击在金属样品表面，可以产生二次电子、背散射电子、透射电子、逡逑Ａｕｇｅｒ电子、特征Ｘ射线等，扫描电镜主要是将激发的二次电子信号采集并处逡逑理；在对样品每一处的行扫过程中，系统同步地对二次电子信号收集记录处理并逡逑一一对应成像。二次电子的信号强度与样品形貌结构逐一对应，当样品的表面为逡逑凸起、棱角等区域，激发产生的二次电子越多，形成的图像越亮，当样品表面为逡逑孔洞，凹槽等区域，则系统采集到的电子较小，形成的图像为暗色。扫描电镜主逡逑要由电子光学系统、电子信号收集处理与图像显示系统、真空系统等组成。该型逡逑号的ＳＥＭ有镜筒内二次电子探测器、样品室二次电子探测器和背散射电极探测逡逑器这三种探测器，其中二次电子像分辨率可达１．０邋ｎｍ，放大的倍率可以达到逡逑２０
【学位授予单位】：辽宁科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB383;O643.36

【参考文献】