制备过程和物质量之比不同的金—铂纳米空球对有机小分子氧化的电催化性能

发布时间：2018-10-09 10:49

【摘要】：直接甲醇燃料电池和直接甲酸燃料电池相对于其它燃料电池有着不可比拟的优越性,越来越受到大家的关注和重视。近几十年来,人们对有机小分子直接燃料电池电极催化材料做了大量深入的研究并取得了令人瞩目的成果。然而,铂仍然是有机小分子燃料电池电极反应的最佳催化剂,但铂催化剂的资源匮乏、价格昂贵且易被有机小分子氧化产生的中间体CO中毒,严重阻碍了其实用化进程。研究者们一直尝试减少Pt的用量以降低成本,增强其抗CO中毒能力以提高催化活性与稳定性。金属纳米材料比表面积大、催化活性高,但表面能大,极易团聚失活。而空心结构的金属纳米材料壳层多孔,由多维、多级原子簇团所构建,不但密度更低、比表面积更大,可减少金属使用量以降低成本。而且结构稳定,难以团聚,单分散性好,具有更优异的催化性能,是有机小分子燃料电池电极的新型催化材料。本论文先按铂多金少的不同物质量之比(R)分别采用同时与先后加入氯金酸和氯铂酸两种工艺合成铂-金纳米空球,探讨不同工艺合成铂-金纳米空球的结构、组成以及对催化活性的影响；再按金多铂少的不同物质量之比(r)同时加入氯金酸和氯铂酸合成金-铂纳米空球,探讨不同r的金-铂纳米空球对Cl有机小分子的催化性能,为合成性价比高的铂-金纳米空球提供实验依据。1.按铂多金少的不同R值分别采用同时与先后加入氯金酸和氯铂酸两种工艺有效地制备了不同组成的铂-金纳米空球。2.按金多铂少的不同r值,同时加入氯金酸和氯铂酸,有效地制备了不同r值的金多铂少的金-铂纳米空球。3.采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、能量色散X射线谱(EDX)、X-射线衍射(XRD)谱和X-射线光电子能谱(XPS)等现代检测技术检测了不同铂-金纳米空球样品的形貌、组成和结构,结果表明：(1)两种方法合成的铂-金及金-铂纳米空球均呈空心球形结构,粒径均匀,分散性好,球壳多孔,由多维、多级的金、铂复合原子簇团构建；所不同的是同时加入法合成的铂-金纳米空球表面粗糙,可能主要以金的岛状形式生长,使空球表面呈荔枝壳状。而先后加入法合成的铂-金纳米空球表面光滑,可能最外层主要被铂覆盖,使空球表面呈桂圆壳状。(2)铂-金纳米空球球壳中的金、铂未形成合金和金属化合物,主要由铂和金原子簇复合而成,并含有残留硒,且难以用化学方法除去,但可用电化学方法除去。(3)两种方法投加的铂都无法全部参与合成铂-金纳米空球,但投加铂的量的多少直接影响制得的纳米空球中铂的含量。方法二较方法一,铂更容易参与合成铂-金纳米空球。(4)不论按铂多金少的不同R值还是金多铂少的不同r值采用同时加入法合成的铂-金纳米空球,其表面和内层的铂都比金的含量少,但铂在表面所占的比例比在内层所占比例要高；而先后加入法合成的铂-金纳米空球则表层铂比金多,内层金比铂多。4.R不同的铂-金纳米空球修饰GC电极对有机小分子的电催化氧化性能研究表明：(1)采用同时加入法合成的(Pt-Au)HN修饰GC电极在酸性介质中对甲醇均无电催化氧化活性；当R=1,对碱性介质中的甲醇以及甲酸的电催化氧化活性最好。(2)用先后加入法合成的(Pt-Au)HN修饰GC,在酸性介质中,当R≤2时,对甲醇氧化无电催化活性。当R≥3时,对甲醇氧化有催化活性：在碱性介质中,当R=1时,对甲醇的电催化氧化活性最好。该方法比同时加入法所合成的铂-金纳米空球不论在酸性还是碱性介质中,对C,有机小分子氧化均具有较高的催化活性,更能节省贵金属铂,具有更高的性价比。5.r不同的金-铂纳米空球修饰GC电极对有机小分子的电催化氧化性能测试表明：在酸性介质中均无催化活性；当r=20：1时,对碱性介质中的甲醇以及甲酸的电催化氧化活性最好。
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【学位授予单位】：江西师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM911.4;O643.36

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