镍基纳米复合材料异金属修饰及催化活性研究

发布时间：2020-06-13 01:59

【摘要】：随着环保要求越来越高和倡导青山绿水就是金山银山的和谐社会的理念,清洁能源越来越受到关注和重视。醇燃料电池作为清洁能源的一个重要课题成为研究的热点。现阶段,醇类电极材料使用金或者铂为主要的电极材料,并且像这种金或者铂/钷等贵金属不可再生,而且价格昂贵。所以,现阶段的醇类燃料电池的电极材料使用昂贵的贵金属材料来制作。这大大加剧了燃料电池的使用成本,对燃料电池的推广造成了巨大的阻碍。探索价格低廉的电极材料,成为目前的很重要的研究方向和任务。本论文针对这一问题,考虑到镍及镍基纳米材料在电化学催化方向的巨大潜力,开展了如下工作:论文采用化学还原法制备负载在以炭黑(C)或石墨烯(G)载体上的Ni纳米粒子,制成Ni/C和Ni/G复合材料,然后采用电化学沉积的方法微量沉积两种不同的贵金属M、N到Ni/C或Ni/G电极上。通过实验数据可以看出,单金属Pt修饰后的Ni/G电极对乙醇溶液的氧化反应没有起到催化效果,加入Au后,两金属之间的协同效应使得对乙醇的电催化有了明显的效果,并且先修饰Pt后修饰Au的效果好于先修饰Au后修饰Pt,说明后修饰的Au通过协同效应使Pt/Ni/G电极对乙醇的催化效率提高;相反,后修饰的Pt覆盖在Ni表面,既阻碍Au与Ni发生协同作用,自生又无法提高Au/Ni/G电极的催化活性,最终降低了催化效率。实验结果表明:Au和Pt共同修饰的Au-Pt/Ni/G电极对1,2-丙二醇、乙二醇、丙三醇有较高的催化活性;同步修饰比分步修饰的效果更显著;Au和Pt的浓度比例以及沉淀修饰量对电极的影响也不同,如Au1Pt1/Ni/G电极对1,3-丙二醇和乙二醇中的氧化反应活性最大,Au4Pt1Ni/G电极对丙三醇中的氧化反应活性最大。以炭黑和石墨烯为载体材料,采用化学还原方法制备镍银、镍钯纳米粒子材料,得到NixAgy/C、NixAgy/G、NixPdy/C、NixPdy/G复合材料。然后采用恒电位沉积法对其表面进行异金属修饰(Au、Pt),其中通过改变电解时间来获得不同修饰量,通过改变沉淀时间、NixAgy-和NixPdy-的不同载体、不同金属摩尔比x:y、不同贵金属修饰、不同修饰量用于碱性醇溶液中探索对催化剂活性的氧化改性的影响。实验结果表明:Ni/Ag基催化剂表现出低的催化活性,而NiPd基催化剂显示出高的催化活性。进一步实验结果表明,作为金属纳米粒子的载体,石墨烯优于炭黑。镍的相对另一金属摩尔比重越高,催化剂的活性越低。通过大量的实验研究,本论文提出了一种价格低廉的新型电极材料,以石墨烯为载体,镍钯1:1的比例,利用贵金属在其表面修饰10S,形成的新型电极。
【图文】：

库仑法,控制电位电解,电位,溶液

修饰完后保存结果。改变修饰的时间可以改变修饰金属的修饰量，在０．０５Ｍ逡逑Ｈ２Ｓ0４溶液中所选取的沉淀电位＋０．５Ｖ时Ｎｉ表面上不发生氢的吸附，所以可以用逡逑１００％的电流效率计算沉淀的Ａｕ的量，从图２．１中可以看出Ａｕ成功沉积在Ｎｉ／Ｃ逡逑电极表面。逡逑０．０８逡逑０．０７逡逑０．０６逡逑０．０５逡逑０．０４逡逑．—邋０．０３逡逑０．０２逡逑０．０１逡逑０逡逑°逦１邋ｔ／ｓ邋２逦３逡逑图２．１邋Ｎｉ／Ｃ电极和在Ａｕ修饰液中的控制电位电解库仑法曲线（０．０５邋Ｍ邋Ｈ２Ｓ０４＋１邋ｍ邋Ｍ逡逑ＨＡｕＣ１４邋溶液，电位：＋０．３Ｖ）。逡逑２．３．２逦Ａｕ／Ｎｉ／Ｇ电极的表征逡逑图２．２是制得的Ａｕ（２ｓ／Ｎｉ／Ｇ电极的扫描电镜图像。由图２．２可看到白色圆点逡逑分散在石墨烯载体表面，图中存在大量褶皱，这是石墨烯的特有性质。此外圆点逡逑的大小一致，说明Ａｕ－Ｎｉ纳米材料粒径均匀，，Ａｕ－Ｎｉ纳米材料高度分散在石墨烯逡逑９逡逑

SEM图,氧元素,碳元素,金属元素

ｕ＜２ｓ）／Ｎｉ／Ｇ的能谱图。图中看到，在０．８５１、７．４７８、８．２６５存在Ｎｉ，在１．６８４、２．１２３、２．４１０ｋｅＶ处有峰，说明存在Ａ两种金属元素外，样品中还有极强的碳元素和氧元素的４５０邋｜｜逡逑＾邋３００邋｜｜｜逡逑｜邋｜邋｜逡逑Ｉ邋１５0逡逑ｐ？邋＾＾ｒ＼Ｊ邋ｙ．１逦ｔ逡逑０逦２逦４逦６逦８逦１０逡逑Ｘ－ＲＡＹ邋ＥＮＥＲＧＹ（ＫＥＶ）逡逑图邋２．３邋Ａｕ（２ｓ）／Ｎｉ／Ｇ邋电极的邋ＥＤＸ邋图逡逑
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O643.36;TM911.4

【参考文献】