铂合金纳米结构可控合成及其电催化应用

发布时间：2021-06-07 14:05

　　近年来,开发新型可再生能源以取代传统化石燃料（煤和石油等）受到了广泛的关注。燃料电池作为一种有潜力的可再生电池,为开发新型清洁能源提供了一种可能性。贵金属基纳米材料作为燃料电池中的催化剂,通常被用来催化反应,加速燃料反应过程中反应速率,提高电池输出功率。然而,贵金属在自然界中极低的储备和高昂的成本成为了燃料电池商业化的最大阻碍因素。因此,提升电催化剂的性能并降低贵金属的使用率已成为当前研究者们关注的重要课题之一。尽管目前研究者们已经取得了一些阶段性成果,但是依然缺乏从表面组分、界面的角度出发调控合成的研究。基于此,本论文主要围绕贵金属基纳米材料的可控合成、表面界面调控及相关电催化应用方面,开展了一系列研究工作,取得的主要成果如下:（1）通过在反应体系中加入肉碱,成功合成了多层级凹形树枝状三角形PtCu纳米材料。通过调节相应的实验参数,控制了该纳米结构的凹凸形和层数,从而实现了对纳米材料结构的控制。该纳米材料的凹形结构、分层枝晶结构、分枝中丰富的边缘和角部原子提供了大量易接触的高活性位点和高导电性,从而表现出优异的甲酸电催化活性和稳定性。（2）我们进一步调控水热反应体系,成功合成了由纳米... 

【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：114 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１．１面心立方贵金属的晶面及其表面原子排列示意图１２４１??

面的Ｐｔ基和Ｐｄ基纳米材料已大量被报道并应用到各种电催化反应、燃料电池??当中。比如，黄等人在２０１１年成功地用水热法合成了由２４个丨４１０丨晶面组成的??凹形纳米立方块，如图１．３Ａ示。［５Ｇ］具有八束纳米棒的Ｐｔ多枝架纳米结构是由??纳米棒对角线生长而形成（图１．３Ｂ）。［５１］而且多枝架纳米结构的每一个纳米棒具??有六边形且由０１１｝晶面组成。如图１．３Ｃ，Ｄ所示为一步水热合成的凹形纳米立??方块，这种结构由｛ｈｋＯ｝晶面和丨７４０丨高指数晶面组成。［５２￣］夏幼南组也报道了??由｛５２０｝、丨７１０｝、丨８３０丨晶面组成的Ｐｔ凹型纳米立方块，并且发现这些Ｐｔ凹型??４??

Ｖ?邐??图１．３?（Ａ）凹形纳米立方块的ＳＥＭ图，插入的图为结构模型｜５（）｜?（Ｂ）?Ｐｔ多枝架的ＴＥＭ图，??插入的图为单个纳米结构ＴＥＭ图１Ｓ１１?（Ｃ）由｛ｈｋＯ｝晶面组成的凹形纳米立方块的ＴＥＭ图，??插入的图为单个纳米结构ＴＥＭ图１Ｓ２１?（Ｄ）由｛７４０丨晶面组成的凹形纳米立方块的ＳＥＭ图，??插入的图为单个纳米结构ＴＥＭ图。１５３１??纳米材料表面组分调控也是优化改善纳米材料的电催化性能的重要方向之??一。根据以往的文献，电催化反应基本都在电催化剂表面上发生。［５５］由于纳米??材料的表面组分直接能决定电催化反应中的反应分子或反应中间体的吸附脱附??能。因此，通过调控纳米材料的表面组分可以实现降低Ｐｔ含量且不损失电催化??性能的目标。目前，研宄人员们己经开展了对金属纳米材料的表面组成调控的??研究，包括合成富过渡金属表面结构和富Ｐｔ表面结构。［５６］研宄人员们认为金属??纳米材料的表面偏析的驱动力可能如下几种原因引起的：（１）两个不同元素的??原子（Ａ和Ｂ）的原子尺寸不匹配而引起的Ａ和Ｂ原子之间的应变张力的不同。??因为晶格不匹配会导致原子尺寸较大的原子会占据纳米材料的表面位置；（２）??具有较低表面能的元素原子移到金属纳米材料的表面；（３）尺寸和温度也影响??纳米材料的表面成分。较小的尺寸和较高的温度可以增加原子的扩散距离并加??快扩散速率，从而最终影响合金化过程中的组分分布；（４）?一些气体与纳米材??料中的一种元素有强烈结合的倾向，从而把该元素原子拉到表面。实际上，以??５??


本文编号：3216717