铂基纳米催化材料的可控合成及电催化性能研究

发布时间：2021-01-24 11:55

　　由于严重的能源危机以及化石燃料过度消耗所引起的环境污染,寻求绿色清洁的新能源,以及开发高效环保的能源转换系统成为了社会可持续发展必须解决的重要课题。金属-空气电池和燃料电池是解决当前能源紧缺和环境污染问题的有效手段,其发展的关键在于开发高效的电极催化材料。目前在燃料电池实际应用中,Pt基催化材料依然是使用最为广泛的催化剂。然而,储量少、高成本、低活性及较差的稳定性等因素极大的限制了其大规模商业应用。因此,开发低成本、高活性和高稳定性的新型催化剂材料具有重要的现实意义。针对上述Pt基催化剂存在的问题,本论文选取价格相对低廉的过渡金属元素,通过优化反应条件,可控构筑合成了系列Pt基合金纳米催化材料,并以氧还原反应（ORR）及甲醇电氧化反应（MOR）为模型反应,系统地研究了所得Pt基纳米材料的电催化性能。本论文研究内容主要包括以下三个部分:（1）碳载零维PtCu纳米晶的可控构筑。碳载零维Pt纳米颗粒是目前商业化应用的主流催化剂,为提高其催化活性,本论文采用溶剂热法,在未使用封端剂的前提下,在碳载体上原位合成了PtCu纳米晶,并用于阴极氧还原和阳极甲醇电氧化反应。由于PtCu纳米晶的合金协同催... 

【文章来源】：内蒙古大学内蒙古自治区 211工程院校

【文章页数】：82 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 燃料电池概述
        1.2.1 燃料电池发展历程
        1.2.2 燃料电池的分类
        1.2.3 燃料电池基本原理
    1.3 Pt基催化剂催化性能影响因素及自支撑催化剂的发展
        1.3.1 Pt基催化剂应用的挑战
        1.3.2 Pt基催化剂催化性能影响因素
        1.3.3 自支撑Pt基催化剂的发展
    1.4 本文的选题依据、研究思路和主要内容
        1.4.1 选题依据
        1.4.2 研究思路
        1.4.3 主要内容
    参考文献
第二章 实验原料及表征方法
    2.1 实验试剂与仪器
        2.1.1 实验试剂
        2.1.2 测试仪器
    2.2 材料的理化性能表征
        2.2.1 场发射扫描电子显微镜（FESEM）
        2.2.2 透射电子显微镜（TEM）
        2.2.3 环形暗场扫描透射电子显微镜（HAADF-STEM）
        2.2.4 X射线衍射分析（XRD）
        2.2.5 X射线光电子能谱（XPS）
        2.2.6 正电子湮没寿命谱（PALS）
        2.2.7 高频电感耦合等离子体-质谱分析（ICP-MS）
    2.3 材料的电化学性能表征
        2.3.1 工作电极的制备
        2.3.2 电化学性能测试
第三章 高分散碳载PtCu纳米晶的控制合成及其电催化性能研究
    3.1 引言
    3.2 催化剂的制备
        3.2.1 超导碳黑（KJ-600）的氧化处理
        3.2.2 碳载PtCu纳米晶的合成
    3.3 实验结果及讨论
        3.3.1 PtCu/C催化剂的相结构分析
3Cu₃/C催化剂的形貌表征">        3.3.2 Pt₃Cu₃/C催化剂的形貌表征
3Cu₃/C催化剂的表面元素组成和价态分析">        3.3.3 Pt₃Cu₃/C催化剂的表面元素组成和价态分析
        3.3.4 PtCu/C催化剂对氧还原反应催化性能的研究
        3.3.5 PtCu/C催化剂对甲醇电氧化反应催化性能的研究
3Cu₃/CNTs和 Pt₃Cu₃/rGO的表征及催化性能测试">    3.4 Pt₃Cu₃/CNTs和 Pt₃Cu₃/rGO的表征及催化性能测试
    3.5 本章小结
    参考文献
第四章 超细PtNi纳米线的控制合成及氧还原催化性能研究
    4.1 引言
    4.2 催化剂的制备
        4.2.1 超导碳黑（KJ-600）的氧化处理
        4.2.2 PtNi纳米线的合成
        4.2.3 PtNi纳米线的负载
    4.3 实验结果及讨论
        4.3.1 碱（KOH）的浓度对形貌的影响
        4.3.2 溶剂对形貌的影响
        4.3.3 封端剂对形貌的影响
        4.3.4 PtNi纳米线的生长机理
        4.3.5 PtNi纳米线催化剂的结构研究
        4.3.6 PtNi纳米线催化剂的表面组成及价态分析
        4.3.7 PtNi纳米线催化剂对氧还原反应催化性能的研究
    4.4 本章小结
    参考文献
第五章 自支撑PtCu纳米线网络的合成,表面调控及电催化性能研究
    5.1 引言
    5.2 催化剂的制备
    5.3 实验结果及讨论
        5.3.1 Pt-Cu NNWs催化剂的形成和表面刻蚀示意图
        5.3.2 Pt-Cu NNWs催化剂的形貌及结构表征
        5.3.3 Pt-Cu NNWs催化剂对氧还原反应催化性能的研究
        5.3.4 Pt-Cu NNWs催化剂对甲醇电氧化反应催化性能的研究
    5.4 本章小结
    参考文献
第六章 总结与展望
    6.1 总结
        6.1.1 高分散碳载PtCu纳米晶的控制合成及电催化性能研究
        6.1.2 超细PtNi纳米线的控制合成及氧还原性能研究
        6.1.3 自支撑PtCu纳米线网络的合成,表面调控及电催化性能研究
    6.2 展望
攻读硕士学位期间的学术论文
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]燃料电池的原理、技术状态与展望[J]. 衣宝廉.  电池工业. 2003(01)



本文编号：2997202