铂基双金属纳米晶的可控制制备及其甲醇氧化性能研究

发布时间：2017-10-01 19:18

  本文关键词：铂基双金属纳米晶的可控制制备及其甲醇氧化性能研究

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【摘要】：直接甲醇燃料电池具有污染物排放低,能量密度和能量转换效率都高的特点,是质子交换膜燃料电池中最具商业化应用前景的一种。铂基双金属纳米晶被认为是直接甲醇燃料电池理想的阳极催化剂。设计和调控铂基双金属纳米晶的组分、形貌、结构是提高其甲醇氧化催化性能的关键。本文中我们用液相法合成了具有独特形貌结构的铂基双金属纳米晶,包括钌修饰铂结构的立方体纳米晶和二十面体纳米晶,六足枝状铂铜合金纳米晶和空心结构铂铜合金纳米晶,并通过实验探讨了它们的形成机理,最后通过电化学分析方法,研究了这几种铂基纳米晶的甲醇氧化催化性能。本文的主要创新结果如下：(1)采用N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和油胺的混合溶剂体系,一步法合成了{100}晶面外露的立方体铂钌纳米晶。研究发现,引入的DMF能与钌前驱体作用产生CO,而CO对Pt{100}晶面的选择性吸附是最终形成立方体形貌的关键。在上述合成中引入正十六烷溶剂,设计两相反应体系,通过界面反应控制反应动力学,降低反应速度,制备了{111)晶面外露的孪晶二十面体铂钌纳米晶。由于两种铂钌纳米晶的尺寸、成分相近,为研究纳米晶的形貌结构对甲醇氧化催化性能的影响提供了一个好的平台。与相近组分的铂钌纳米颗粒相比,所制得的两种铂钌纳米晶在甲醇氧化性能测试中展现了良好的活性和稳定性,并且{111)晶面外露的孪晶二十面体铂钌纳米晶比{100)晶面外露的立方体具有更好的甲醇氧化性能。(2)采用液相法,我们合成了六足枝状PtCu3合金纳米晶。研究发现DMF和氯铂酸前驱体中的氯离子对这种形貌的形成起了关键作用。通过降低温度,我们进一步制备了空心结构PtCu3合金纳米晶。两种铂铜合金纳米晶催化剂显示了优异的甲醇氧化催化性能。其中六足枝状铂铜合金纳米晶的比活性和质量活性分别达到商业Pt/C催化剂的12.9和13.2倍；空心结构的铂铜合金纳米晶的比活性和质量活性分别为商业Pt/C催化剂的11.0和24.2倍。同时,两种铂铜合金纳米晶都具有良好的抗中毒性和稳定性。
【关键词】：铂钌立方体 铂钌二十面体 铂铜合金 六足状纳米晶 空心结构 甲醇氧化
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.1
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-12
• 第二章 文献综述12-34
• 2.1 引言12-13
• 2.2 直接甲醇燃料电池基础13-15
• 2.2.1 直接甲醇燃料电池13-14
• 2.2.2 甲醇阳极氧化机理14-15
• 2.3 铂基直接甲醇燃料电池阳极催化剂15-33
• 2.3.1 Pt-Ru纳米晶的研究进展15-22
• 2.3.2 Pt-Sn纳米晶的研究进展22-26
• 2.3.3 Pt-Cu纳米晶的研究进展26-33
• 2.4 本论文研究内容及意义33-34
• 第三章 实验试剂、设备及测试仪器34-38
• 3.1 实验试剂与设备34-35
• 3.1.1 实验试剂34-35
• 3.1.2 实验设备35
• 3.2 仪器分析35-38
• 第四章 铂钌纳米晶的制备及其甲醇氧化性能研究38-60
• 4.1 引言38
• 4.2 立方体铂钌纳米晶的合成及其表征38-46
• 4.2.1 实验过程38-39
• 4.2.2 立方体铂钌纳米晶的表征39-42
• 4.2.3 立方体铂钌纳米晶的形成机理研究42-46
• 4.3 二十面体孪晶结构铂钌纳米晶的合成及其表征46-53
• 4.3.1 实验过程46
• 4.3.2 二十面体铂钌纳米晶的表征46-50
• 4.3.3 二十面体铂钌纳米晶的形成机理研究50-53
• 4.4 铂钌纳米晶的甲醇氧化性能测试53-58
• 4.4.1 碳负载催化样品的制备53-54
• 4.4.2 甲醇氧化电化学测试过程54
• 4.4.3 甲醇氧化性能54-58
• 4.5 本章小结58-60
• 第五章 PtCu_3合金纳米晶的制备及其甲醇氧化性能研究60-72
• 5.1 引言60
• 5.2 PtCu_3合金纳米晶的合成60-64
• 5.2.1 实验过程60-61
• 5.2.2 PtCu_3合金纳米晶的表征61-64
• 5.3 PtCu_3合金纳米晶的形成机理研究64-68
• 5.4 甲醇氧化性能测试68-71
• 5.5 本章小结71-72
• 第六章 结论72-74
• 参考文献74-82
• 致谢82-84
• 个人简历84-86
• 攻读学位期间发表的学术论文与取得的其它研究成果86

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本文编号：955200