小分子调控合成二元双金属纳米材料及其电催化性能研究

发布时间：2017-08-29 06:41

  本文关键词：小分子调控合成二元双金属纳米材料及其电催化性能研究

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【摘要】：直接甲醇燃料电池(Direct Methanol Fuel Cell, DMFC)因其具有原料丰富、操作便捷、环境友好等诸多优点在能源领域受到了广泛的关注。贵金属Pt, Pd是DMFC中的两类核心催化剂材料,因为它们能有效提高阳极甲醇分子氧化效率和阴极氧气还原速率。但储量小、价格高,并且在催化过程中易中毒等因素严重制约了这两种材料的广泛使用。鉴于此,本文从开发经济友好、性能优越的新型电催化材料目的出发,成功构筑了六种具有较大电化学活性比表面积的二元双金属纳米材料。通过改变小分子浓度来有效调控催化剂的形貌、组成及结构,显著提高其催化活性、抗毒性和稳定性。具体研究如下：(1)以HAuCl4/Pt(acac)2为前驱体,尿素为结构导向剂,油胺为还原剂和溶剂,通过简单的一步溶剂热法合成了小尺寸的PtAu纳米晶体超晶格阵列材料。与商业Pt black和Pt/C相比,该材料在碱性条件下对氧气还原反应和甲醇氧化反应表现出了优异的催化活性和稳定性。(2)分别以HAuCl4/H2PtCl6或HAuCl4/H2PdCl4为金属前驱体,以生物活性小分子二羟丙茶碱(C10H14N4O4)为形貌导向剂与稳定剂,在冰水浴条件下,便捷合成了AuPt、AuPd纳米花链晶体(AuP FANs、AuPd FANs),并详细研究了其氧还原电催化活性。结果表明AuPt FANs、AuPd FANs对氧气还原反应具有较高的电催化性能。(3)以HAuCl4/H2PtCl6为金属前驱体,尿囊素为结构导向剂,采用一步湿化学法简单快捷地制备了PtAu珠状纳米链网材料(PtAu SCNs)。对照实验表明,尿囊素浓度对珠状纳米链网形貌形成具有重要的影响。与商业Pt black和Pt-Ru black催化剂相比,PtAu SCNs对甲醇氧化反应和氧气还原反应具有较高的催化活性与稳定性。(4)以HAuCl4/H2PdCl4为金属前驱体,尿囊素为结构导向剂与稳定剂,联氨为还原剂,在冰水浴中快速构筑了双金属合金PdAu纳米链网(PdAu NCNs),并详细研究了尿囊素对其形貌、组成和电子结构的影响。与商业Pd black相比,PdAu NCNs在碱性介质中表现出了优异的甲醇氧化与氧气还原催化活性。(5)以HAuCl4/H2PdCl4为金属前驱体,抗坏血酸(AA)为还原剂,通过湿化学法利用碘离子(I-)调控,原位生长合成了还原氧化石墨烯负载的蒲公英状AuPd核壳复合材料(Au@Pd/rGO)。与Pd/rGO、商业Pt black相比,蒲公英状Au@Pd/rGO复合材料具有较好的催化活性、稳定性和抗CO中毒能力。
【关键词】：甲醇燃料电池 电化学催化剂 贵金属 二元双金属 小分子 甲醇氧化反应 氧气还原反应
【学位授予单位】：浙江师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O643.36;TM911.4
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-28
• 1.1 燃料电池11-13
• 1.1.1 燃料电池的概述11-12
• 1.1.2 燃料电池的分类12-13
• 1.2 直接甲醇燃料电池13-14
• 1.2.1 概述13
• 1.2.2 反应原理13-14
• 1.3 常见的电催化剂14-23
• 1.3.1 单金属纳米催化剂15-16
• 1.3.2 双金属纳米催化剂16-21
• 1.3.3 负载型复合纳米催化剂21-23
• 1.4 催化剂合成方法23-26
• 1.4.1 多元醇法23
• 1.4.2 水热法23-24
• 1.4.3 胶体粒子晶种法24-25
• 1.4.4 置换法25
• 1.4.5 电化学法25-26
• 1.5 本论文的选题意义及研究内容26-28
• 第二章 PtAu纳米晶体超晶格阵列：氢键诱导自组装及其电催化性能研究28-42
• 2.1 前言28-29
• 2.2 实验部分29-32
• 2.2.1 实验药品29
• 2.2.2 实验仪器29-30
• 2.2.3 PtAu SLAs的合成30
• 2.2.4 电化学测试30-32
• 2.3 结果与讨论32-41
• 2.3.1 物理表征32-34
• 2.3.2 形成机理34-36
• 2.3.3 电化学应用36-41
• 2.4 本章小结41-42
• 第三章 AuM(M=Pt/Pd)纳米花链的简便合成及其氧还原电催化性能的研究42-59
• 3.1 前言42-43
• 3.2 实验部分43-45
• 3.2.1 实验药品43
• 3.2.2 实验仪器43
• 3.2.3 AuM FANs的合成43-44
• 3.2.4 电化学测试44-45
• 3.3 结果与讨论45-58
• 3.3.1 物理表征45-50
• 3.3.2 形成机理50-52
• 3.3.3 电化学应用52-58
• 3.4 本章小结58-59
• 第四章 PtAu SCNs的简便合成及其氧还原与甲醇氧化电催化性能研究59-70
• 4.1 前言59-60
• 4.2 实验部分60-62
• 4.2.1 实验药品60
• 4.2.2 实验仪器60
• 4.2.3 PtAu SCNs的合成60
• 4.2.4 电化学测试60-62
• 4.3 结果与讨论62-69
• 4.3.1 物理表征62-65
• 4.3.2 形成机理65-66
• 4.3.3 电化学应用66-69
• 4.4 本章小结69-70
• 第五章 PdAu NCNs的简便合成及其电催化性能研究70-84
• 5.1 前言70-71
• 5.2 实验部分71-73
• 5.2.1 实验药品71
• 5.2.2 实验仪器71
• 5.2.3 PdAu NCNs的合成71-72
• 5.2.4 电化学测试72-73
• 5.3 结果与讨论73-83
• 5.3.1 物理表征73-75
• 5.3.2 形成机理75-79
• 5.3.3 电化学应用79-83
• 5.4 本章小结83-84
• 第六章 氧化石墨烯载多孔蒲公英状Au@Pd核壳纳米晶体的原位生长及其电催化性能研究84-102
• 6.1 前言84-85
• 6.2 实验部分85-87
• 6.2.1 实验药品85
• 6.2.2 实验仪器85-86
• 6.2.3 蒲公英状Au@Pd/rGO的合成86
• 6.2.4 电化学测试86-87
• 6.3 结果与讨论87-101
• 6.3.1 物理表征87-92
• 6.3.2 形成机理92-94
• 6.3.3 电化学应用94-101
• 6.4 本章小结101-102
• 结论与展望102-104
• 参考文献104-126
• 致谢126-127
• 攻读学位期间发表的学位论文127-128

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