室温辉光放电电子还原制备贵金属复合体及碳在催化剂研究

发布时间：2019-03-29 16:43

【摘要】：时至今日,铂碳催化剂一直是质子交换膜燃料电池(PEMFC)中应用最广泛且性能最好的阴极催化剂。然而由于其较差的催化反应动力学及稳定性,通常需要对铂碳催化剂进行改进处理。前期研究发现辉光放电电子还原在制备贵金属催化剂时,可以控制贵金属纳米颗粒的粒径大小,增强其与载体的相互作用,进而提高催化剂的催化活性和稳定性。本文在前期研究的基础之上,利用辉光放电电子还原在添加生物助剂以及掺杂Pd元素等不同条件下,制备了一系列经过改进的铂基催化剂,并全面分析总结了由结构形貌不同而导致的活性、稳定性显著提高的原因。本文首先讨论了利用辉光放电电子还原于硬模板阳极氧化铝(AAO)表面制备贵金属纳米颗粒的可行性。制备得到的Ag/AAO复合材料具有优异的光学性质和表面拉曼增强特性。材料中的Ag纳米颗粒在AAO表面以聚团的形式存在,并且样品的宏观颜色正是取决于这些聚团的尺寸大小,而与单个Ag纳米颗粒的粒径关系较小。这一研究结果说明,在没有保护剂、分散剂等有机试剂的影响下,通过辉光放电电子还原制备贵金属纳米颗粒,可以更本征准确地分析其性质与纳米颗粒之间的关系,这也为通过辉光放电电子还原制备Pt基催化剂的研究提供了基础。之后,本文讨论了利用辉光放电电子还原制备的Pt/C-E催化剂在氧还原反应上的评价结果。通过旋转圆盘电极技术测试发现,Pt/C-E催化剂的活性要高于传统商业Pt/C催化剂,同时稳定性也有一定的提高。催化剂表征发现经等离子体还原得到的Pt纳米颗粒基本以(111)晶面为主,并含有少量的(200)晶面。正是这点特性导致其与氧的晶面结合能显著降低,进而提高了其催化活性和稳定性。以生物成分作为助剂制备贵金属纳米颗粒的方法具有粒径形貌可控,方便快捷等诸多优势。而结合等离子体制备的Pt-Peptide样品更是具有突出的光催化活性。在本文中,借助多肽KLVFF,利用辉光放电电子还原制备的Pt(111)-P/C催化剂不仅具有优异的ORR催化活性和稳定性,其粒径形貌等也具有突出特点。催化剂中的Pt纳米颗粒暴露晶面几乎全部为(111)晶面,同时粒径仅有2 nm左右,且不随载量的变化而改变。这样的粒径形貌特性使其获得了最小的与氧的晶面结合能。此外,多肽的引入,不仅显著增加了催化剂对电子的传递速率,碳载体上也被掺杂氮元素,从而进一步提高了对氧气的吸附能力。通过加入Au、Pd或过渡金属元素制备的Pt基合金催化剂已经被证明是一种改进铂碳催化剂的有效途径。在本文中,利用辉光放电电子还原制备了PtPd/C催化剂,并对其进行了表征和电化学评价。催化剂中的Pt、Pd两种元素以合金的形式存在,其平均粒径只有2.5 nm左右。此外,由于氧还原反应的中间体OHads集团与PtPd合金表面的结合能更低。同时合金纳米颗粒仍主要以(111)面为主,其氧气分解速率也相对较高。这两点因素使得PtPd/C催化剂具有优异的ORR催化活性和稳定性。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ426;TM911.4

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 蔡华义;辉光放电光源[J];光谱学与光谱分析;1987年01期

2 Reinar Grün;李福臣;;脉冲直流辉光放电等离子热处理[J];国外金属热处理;1988年04期

3 赵伍成;陈觊旋;;用于热处理的辉光放电表面分析法[J];国外金属热处理;1988年05期

4 张加民;吴剑武;邵晓红;;一种用于辉光放电光谱分析小件试样的附件[J];理化检验(化学分册);2006年03期

5 徐升美,张功杼,张洪度,于波,王淑梅;辉光放电发射光谱逐层分析技术及其在钼合金涂层分析中的应用[J];金属学报;1979年01期

6 李福来;在辉光放电中制取钛的扩散涂层的研究[J];工具技术;1980年04期

7 S.Caroli,G.Milazzol,M.Benincasa,方国桢;空心阴极、辉光放电和火花光源的再现性的比较研究[J];四川机械;1980年01期

8 刘湘生;辉光放电光源在铝合金发射光谱分析上的初步应用[J];分析试验室;1983年03期

9 叶牧,陈捷,卢丽珍,陈传正,岳进;在辉光放电中八氟环丁烷聚合与刻蚀的竞争历程的研究[J];科学通报;1985年09期

10 蔡华义;刘建琳;;涂层的辉光放电光谱分析及精密度[J];分析试验室;1986年12期

相关会议论文 前10条

1 李成柳;刘文正;刘星;严伟;;不同气压下氦气介质阻挡辉光放电的特性研究[A];第十三届全国等离子体科学技术会议论文集[C];2007年

2 王尚民;刘凌晖;张家良;;交流辉光放电的周期倍增现象研究[A];第十五届全国等离子体科学技术会议会议摘要集[C];2011年

3 钱宇骏;宋书通;丁可;张菁;石建军;;常压氩气脉冲调制介质阻挡辉光放电特性的数值模拟研究[A];第十五届全国等离子体科学技术会议会议摘要集[C];2011年

4 赵晓菲;何锋;欧阳吉庭;;管径对直流辉光放电稳定条纹的影响[A];第十四届全国等离子体科学技术会议暨第五届中国电推进技术学术研讨会会议摘要集[C];2009年

5 蒲陆梅;庞甲林;牟文丽;程立峰;;接触辉光放电等离子体诱导水体中淀粉交联反应初探[A];甘肃省化学会二十六届年会暨第八届中学化学教学经验交流会论文集[C];2009年

6 李岩;;简述辉光放电电解等离子体技术在水溶液反应中的研究[A];中国化学会第五届全国化学推进剂学术会议论文集[C];2011年

7 张飞舟;刘尚合;武占成;袁云华;;辉光放电时间序列的混沌特征[A];中国物理学会第九届静电学术年会论文集[C];2000年

8 李沛;刘文正;李成柳;崔杰;;低气压高频辉光放电等离子体的特性[A];第十三届全国等离子体科学技术会议论文集[C];2007年

9 张杰;孙立群;付平;石建军;;常压脉冲调制射频辉光放电特性研究[A];第十四届全国等离子体科学技术会议暨第五届中国电推进技术学术研讨会会议摘要集[C];2009年

10 林麒;程再军;任庆磊;;常压下空气辉光放电等离子体力学行为实验[A];庆祝中国力学学会成立50周年暨中国力学学会学术大会’2007论文摘要集（下）[C];2007年

相关博士学位论文 前10条

1 王巍;室温辉光放电电子还原制备贵金属复合体及碳在催化剂研究[D];天津大学;2016年

2 李帆;基于直流辉光放电等离子体原理的高频响压力传感器初探[D];中国科学院工程热物理研究所;2017年

3 任春生;常压空气辉光放电的形成和介质阻挡放电聚合物表面处理研究[D];大连理工大学;2008年

4 江中和;大气压沿面辉光放电的理论与实验研究[D];华中科技大学;2004年

5 王奇;大气压辉光放电模式及均匀性数值模拟研究[D];大连理工大学;2011年

6 王晓艳;隔膜辉光放电处理水中污染物的研究[D];南开大学;2014年

7 尚万里;大气压射频辉光放电模式转换机制的流体力学模拟[D];大连理工大学;2009年

8 王爱香;接触辉光放电电解等离子体的产生及其在聚合中的应用[D];西北师范大学;2008年

9 齐冰;大气压均匀介质阻挡放电以及多针电晕增强放电机理研究[D];大连理工大学;2007年

10 江超;高气压辉光放电理论与实验[D];华中科技大学;2006年

相关硕士学位论文 前10条

1 聂帅;钕铁硼永磁材料的辉光放电质谱法深度剖析与元素分析[D];北京有色金属研究总院;2015年

2 沙超;大气压脉冲介质阻挡放电中放电模式的演化[D];山东大学;2015年

3 徐桔红;锆中杂质含量的测定方法研究[D];北京有色金属研究总院;2015年

4 刘倩;低气压射频氩气辉光放电等离子体物理特性的数值研究[D];大连理工大学;2015年

5 李昊霖;辉光放电等离子体处理高盐度有机废水的研究[D];贵州大学;2016年

6 董鸣春;基于辉光放电的等离子体风速计关键技术研究[D];南京航空航天大学;2015年

7 申亚军;大气压脉冲辉光放电辅助脉冲调制射频辉光放电[D];东华大学;2017年

8 韩乾翰;脉冲射流对大气压射频辉光放电过程的时空辅助研究[D];东华大学;2017年

9 孙晨昊;高压脉冲辅助大气压射频辉光放电数值模拟研究[D];东华大学;2016年

10 李沛;低气压辉光放电等离子体灭菌消毒装置的研究[D];北京交通大学;2008年

，

本文编号：2449709