铂基一维纳米结构的可控合成及其在电化学中的性能研究
发布时间：2021-06-16 08:21
在环境污染日益严重及能源危机逐渐凸显的当下,寻找新型的、环境友好的传统化石类能源替代品已刻不容缓。作为一种能源转换装置,质子膜燃料电池具有高效、稳定、安全等多种优势从而成为被广为认可的新能源替代方案。在燃料电池中,阴极发生的氧还原反应效率决定了燃料电池单元的整体工作效率。目前主流的商用Pt纳米晶催化剂是将2-5 nm的Pt纳米颗粒负载至衬底制备而来。商用催化剂除本身价格昂贵原料稀少等问题外,其表现出的催化活性和催化剂耐久性也往往不甚理想。因此,设计并制备出具有更高性能的催化剂成为该领域研究的重点之一。在传统的Pt基ORR纳米催化剂的设计中,除采用减小催化剂颗粒体积、设计贱金属-贵金属的核-壳结构催化剂、制备空心结构催化剂等提升催化剂的原子利用率策略外,还有通过合金化、调节催化剂表面应力、暴露特定晶面等优化含氧物种与催化剂表面结合能的另一设计思路。这些Pt基催化剂稳定性不足主要归结于高质量活性所依赖的结构从热力学上讲不能稳定存在,因此似乎高质量活性和优良的稳定性不可兼得。事实上,我们也可以从提升阴极上Pt基催化剂的长期稳定性来降低PEMFCs的成本。例如,具有一维结构的Pt纳米线表现出优...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：121 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２典型的燃料电池单元工作原理示意图??
?第１章金属纳米材料催化研宄进展???Ｌｏａｄ?????Ｆｕｅｌ?Ｉｎ?１?｜??Ｏｘｔｄａｔｔ?Ｉｎ??Ｈｊ?ｖ＾＞？??Ｕ?Ｊ??Ｐｏａｔｉｉ’ｅ?ｌｏｏ???？￣＾?１??』Ｎｇｇａｔｇｒｅｌｃｐ??Ｈ：Ｃ??ＤｅｐｋｉｅｄＦｕｒｌ?ａｎｄ???Ｉ＞ｐｋｌｅｄＱｘｉｄａｘｔｆ?ａｎｄ??Ｐｒｏｄｕｃｔ?Ｇｉｓｔｓ?Ｏｕｔ?Ｐｒｏｄｏｃｔ?Ｇａｓｅｓ?Ｏｔｘ??Ａｎｏｄｅ—１?｜?Ｌ?Ｃａｔｔｏｄｅ??Ｅｋａｉｏｌｙｔｅ??（Ｔｏｎ?Ｃｃｍｄｕａｏｒ）??图１．２典型的燃料电池单元工作原理示意图??１．３催化剂在燃料电池中的应用??贵金属铀（Ｐｔ）由于其优秀的性能而被广泛研宄，也是目前最成熟，也最??被广泛应用于ＰＥＭＦＣ中催化剂的主要材料。即便如此，昂贵的成本和贵金属??本身低存有量等因素仍在制约燃料电池的进一步推广和使用。７＿ｕ因此，针对??ＰＥＭＦＣ设计制备出具有更高Ｐｔ利用率，更高催化剂性能和稳定性的催化剂会??进一步促进ＰＥＭＦＣ的商业化进程。??叫，＂?＊－??｜?１?＂“办—：Ｖ．??Ｉ?，?＇?Ｊ?；?！?Ｉ??ｃＴ．?Ａ冲??°?Ａｒ?Ｈ?Ｈ??…?？?？－??０??Ｓ?４?Ｓ?Ｉ?７?Ｉ?Ｉ?１０?１１?１２?１）??ｔｏ〇（Ａｎｎｕａｌ?Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ?（ｋｇ＾ｙｒ））??图１．３各元素价格（纵轴）和年均产量（横轴）关系示意图１１??３??
１章金属纳米材料催化研究进展???〇？）?（１〇〇）?（１１０）??爸?ｓ?一?一????：??５?＾?■?ｌＡｄｊ＾＾Ｖ?＾＾＊０．１６＊Ｖ??＾????????〇?Ｑ?＊ｖ??ａ?ｓ?ｎ?—?ｍ?？?：￥、?ｐ￣ｊ??＊?°?Ｐｙ＜Ｋ１１１）?Ｐ？（１１１）?Ｐｔ，ＮＩ（１００）?Ｐｔ（１００）?Ｐｔ）Ｎｌ（ＩＩＯ）?Ｐｔ（１１０）??＾ｊｅｙ］?－３．１０?１＾２．７６?－３．１４?－２．９０?－２．７０?｜?－２．５４??图１．５?Ｐｔ与Ｐｔ３Ｎｉ在氧还原反应中的晶面效应８??Ｃｈｏｉ等人报道使用油胺和油酸作为表面活性剂，Ｗ（ＣＯ）６作为ＣＯ源以控??制｛１１１丨面的生长，苄醚作为减少表面活性剂覆盖的溶剂制备出尺寸为９纳米的??Ｐｔ－Ｎｉ八面体纳米颗粒。３８经过进一步的乙酸处理以除去表面活性剂之后，Ｐｔ－Ｎｉ??八面体纳米颗粒在０．９３Ｖ时的ＯＲＲ面积比活性比商品化Ｐｔ／Ｃ高５１倍，在０．９Ｖ??时的质量活性为３．３Ａ／ｍｇＰｔ。ＴＥＭ、ＥＤＳ、ＸＰＳ、ＸＲＤ分析表明，弓丨入适当的??溶剂可以有效消除Ｎｉ颗粒的形成，并显著减少表面活性剂的表面吸附，留下干??净、保存完好的八面体Ｐｔ－Ｎｉ纳米颗粒的丨１１１｝表面，这对ＯＲＲ活性提高有很大??的帮助。最近，他们采用具有｛１１１｝晶面的在钯（Ｐｄ）纳米晶体，并在其上沉积??了一些Ｐｔ原子层，从而制备出八面体Ｐｔ纳米笼，然后蚀刻掉Ｐｄ模板，这也表??现出较高的ＯＲＲ活性，并得益于形状控制效应，而大大提高了稳定性。??Ｂ３３?■?＾?３．４??Ｉ?—?／＿??Ｉ?Ｉ???〇〇６７ｊ｜＿＿??Ｍａｓ５?ａｃｔｉｖｉｔｙ?Ｓ
【参考文献】：
期刊论文
[1]铂纳米晶合成中二价前驱体的还原动力学研究（英文）[J]. 周山,杨东翰,赵明,夏幼南. Chinese Journal of Chemical Physics. 2018(04)
[2]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：3232728
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：121 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２典型的燃料电池单元工作原理示意图??
?第１章金属纳米材料催化研宄进展???Ｌｏａｄ?????Ｆｕｅｌ?Ｉｎ?１?｜??Ｏｘｔｄａｔｔ?Ｉｎ??Ｈｊ?ｖ＾＞？??Ｕ?Ｊ??Ｐｏａｔｉｉ’ｅ?ｌｏｏ???？￣＾?１??』Ｎｇｇａｔｇｒｅｌｃｐ??Ｈ：Ｃ??ＤｅｐｋｉｅｄＦｕｒｌ?ａｎｄ???Ｉ＞ｐｋｌｅｄＱｘｉｄａｘｔｆ?ａｎｄ??Ｐｒｏｄｕｃｔ?Ｇｉｓｔｓ?Ｏｕｔ?Ｐｒｏｄｏｃｔ?Ｇａｓｅｓ?Ｏｔｘ??Ａｎｏｄｅ—１?｜?Ｌ?Ｃａｔｔｏｄｅ??Ｅｋａｉｏｌｙｔｅ??（Ｔｏｎ?Ｃｃｍｄｕａｏｒ）??图１．２典型的燃料电池单元工作原理示意图??１．３催化剂在燃料电池中的应用??贵金属铀（Ｐｔ）由于其优秀的性能而被广泛研宄，也是目前最成熟，也最??被广泛应用于ＰＥＭＦＣ中催化剂的主要材料。即便如此，昂贵的成本和贵金属??本身低存有量等因素仍在制约燃料电池的进一步推广和使用。７＿ｕ因此，针对??ＰＥＭＦＣ设计制备出具有更高Ｐｔ利用率，更高催化剂性能和稳定性的催化剂会??进一步促进ＰＥＭＦＣ的商业化进程。??叫，＂?＊－??｜?１?＂“办—：Ｖ．??Ｉ?，?＇?Ｊ?；?！?Ｉ??ｃＴ．?Ａ冲??°?Ａｒ?Ｈ?Ｈ??…?？?？－??０??Ｓ?４?Ｓ?Ｉ?７?Ｉ?Ｉ?１０?１１?１２?１）??ｔｏ〇（Ａｎｎｕａｌ?Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ?（ｋｇ＾ｙｒ））??图１．３各元素价格（纵轴）和年均产量（横轴）关系示意图１１??３??
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【参考文献】：
期刊论文
[1]铂纳米晶合成中二价前驱体的还原动力学研究（英文）[J]. 周山,杨东翰,赵明,夏幼南. Chinese Journal of Chemical Physics. 2018(04)
[2]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：3232728
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