一锅法可控合成还原氧化石墨烯负载铂基核壳纳米复合材料及其电催化性能研究
发布时间：2021-07-22 17:17
燃料电池是一种将化学能通过电化学方式直接转换为电能的发电装置,具有高效、环保、噪音低等优点,是最具发展前景的能源转换技术之一。催化剂是影响燃料电池成本、性能和寿命的核心材料。目前,Pt基纳米材料是燃料电池中阳极和阴极反应最常用的催化剂。然而,Pt飞涨的价格和资源的稀缺性已成为燃料电池商业化的最大阻碍。核壳结构催化剂由于其在降低Pt使用量、提高催化剂活性方面表现出的良好性质,已成为燃料电池领域的研究热点。同时,催化剂载体在提高催化剂活性和稳定性方面也具有重要意义。本论文采用简便的一锅法调控合成了四种还原氧化石墨烯负载Pt基核壳纳米复合材料。通过一系列表征技术对所得材料的形貌、结构、组成等进行了分析,并详细探究了它们的形成机理。同时,也对所得材料的电催化活性和稳定性进行了探究。具体研究内容如下:（1）还原氧化石墨烯负载Pt@Pd核壳纳米花的合成及其电催化性能研究以3-氨基吡咯烷二盐酸盐（APDC）为弱稳定剂和结构导向剂,采用一步、无种子的湿化学法,室温下制备得到还原氧化石墨烯负载Pt@Pd核壳纳米花复合材料（Pt@Pd NFs/rGO）。通过一系列表征技术对该材料的形貌、结构、组成等进行了...
【文章来源】：浙江师范大学浙江省
【文章页数】：130 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１?ＰＥＭＦＣｓ的工作原理示意图??
并产生了大量的（＾和＜：２中间产物。一般认为，乙二醇在Ｐｔ电极上的氧??化遵从双途径反应机理：（１）?Ｃ－Ｃ键不断裂；（２）?Ｃ－Ｃ键断裂并涉及吸附态ＣＯ??（ＣＯａｄ）中间体（图１．２）?［７］。具体地，当Ｃ－Ｃ键不发生断裂时，乙二醇可经过??一系列平行的２电子氧化步骤，生成乙醇醛、乙二醛、乙醇酸、乙醛酸和草酸等??中间产物，最终完全氧化得到Ｃ０２；与上述途径平行发生的是，吸附的乙二醇与??Ｐｔ表面相互作用导致Ｃ－Ｃ键断裂（即发生解离吸附），生成包括＜：＃拊谀诘挠校崳?毒中间体，占据Ｐｔ催化剂的活性位点，从而严重地影响其催化性能。??Ｅｔｈｙｌｅｎｅ?Ｇｌｙｃｏｌ?Ｇｌｙｏｘａｌ?Ｇｌｙｃｏｌｉｃ?Ｇｌｙｏｘｙｌｉｃ?Ｏｘａｌｉｃ??Ｇｌｙｃｏｌ?＜ｌ）?Ａｌｄｅｈｙｄｅ?（Ｉ）?（Ｉ）?Ａｃｉｄ?（Ｉ）?Ａｃｉｄ?（Ｉ）?Ａｃｉｄ?（Ｉ）??ｉｔ?ｉｔ?１１?Ｉｔ?Ｉｔ?Ｊ１??拙?ｙｌ?如?ｅ—?Ｇｌｙｃｏｌ?—Ｇ｜?｜?Ｇｌｙｃｏｌｉｃ?ＧｌｙｏｘｙｌｉＬ＾ＯｘａＨｃ??Ｇｌｙｃｏｌ?Ａｌｄｅｈｙｄｅ?ｏｙ?Ａｃｉｄ?Ａｃｉｄ?Ａｃｉｄ??Ｈ〇＾〇ｈ?〇＝＼＾〇?ｈ〇Ａ＾Ｈ?ｈｃ＾??ＯＨ??＼．．．＼—ｖ－??＼?＼?ｉｎｂｉｒｅｃｔ?ｐａｔｍｖａｙ?＼??ｄｉｒｅｃｔ?ｐａｔｈｗａｙ??图１．２乙二醇电氧化反应流程图??研宄结果表明，掺杂另一种金属可改变晶胞参数，降低Ｐｔ的ｄ带中心，削??弱ＣＯ在Ｐｔ表面的吸附
移；（２）氧气的水合作用；（３）中间体的脱附。近来，人们普遍接受的是由Ｎ０ｒｓｋ〇Ｖ??等提出的中间物种（如０和ＯＨ）的吸附是ＯＲＲ的关键步骤。Ｎｅｒｓｋｏｖ等［１３］发??现金属ＯＲＲ催化活性与其表面的氧结合能呈现火山型曲线关系（图１．３）。对于??某一金属催化剂，如果其结合氧的能力太强，那么它的ＯＲＲ速控步是已吸附的??０、０Ｈ物种的移除。反之，如果其结合氧的能力太弱，那么它的ＯＲＲ速控步是??氧气的解离，或者更准确一点来讲，是电子的转移和己吸附氧气的质子化。由图??１．３可以得出，金属Ｐｔ和Ｐｄ是对０ＲＲ最好的催化剂。此外，还可以得出最优的??０ＲＲ催化剂与氧的结合能比Ｐｔ小０．２?ｅＶ，这说明还有改进的空间。因此，可以??通过改变Ｐｔ表面含氧物种的结合能来提高其ＯＲＲ催化活性。??０．０１?■?■■?■丨■■■?■?■■■?■?■■?■■?■■■■■■??ｒ?＼??＾?－１５?＇?Ｃｏ／?Ｕｕ??咖＼??？２．￥＊?■?■?■?＇?■＊＇?■?■丨■■??？３－２－１０?１?２?３?４??ＡＥ〇（ｅＶ）??图１．３氧还原活性与氧结合能趋势图??１．１．２氢氧燃料电池??氢气是一种绿色的能源载体，燃烧的产物只有水蒸气，同时还具有能量密度??５??
本文编号：3297562
【文章来源】：浙江师范大学浙江省
【文章页数】：130 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１?ＰＥＭＦＣｓ的工作原理示意图??
并产生了大量的（＾和＜：２中间产物。一般认为，乙二醇在Ｐｔ电极上的氧??化遵从双途径反应机理：（１）?Ｃ－Ｃ键不断裂；（２）?Ｃ－Ｃ键断裂并涉及吸附态ＣＯ??（ＣＯａｄ）中间体（图１．２）?［７］。具体地，当Ｃ－Ｃ键不发生断裂时，乙二醇可经过??一系列平行的２电子氧化步骤，生成乙醇醛、乙二醛、乙醇酸、乙醛酸和草酸等??中间产物，最终完全氧化得到Ｃ０２；与上述途径平行发生的是，吸附的乙二醇与??Ｐｔ表面相互作用导致Ｃ－Ｃ键断裂（即发生解离吸附），生成包括＜：＃拊谀诘挠校崳?毒中间体，占据Ｐｔ催化剂的活性位点，从而严重地影响其催化性能。??Ｅｔｈｙｌｅｎｅ?Ｇｌｙｃｏｌ?Ｇｌｙｏｘａｌ?Ｇｌｙｃｏｌｉｃ?Ｇｌｙｏｘｙｌｉｃ?Ｏｘａｌｉｃ??Ｇｌｙｃｏｌ?＜ｌ）?Ａｌｄｅｈｙｄｅ?（Ｉ）?（Ｉ）?Ａｃｉｄ?（Ｉ）?Ａｃｉｄ?（Ｉ）?Ａｃｉｄ?（Ｉ）??ｉｔ?ｉｔ?１１?Ｉｔ?Ｉｔ?Ｊ１??拙?ｙｌ?如?ｅ—?Ｇｌｙｃｏｌ?—Ｇ｜?｜?Ｇｌｙｃｏｌｉｃ?ＧｌｙｏｘｙｌｉＬ＾ＯｘａＨｃ??Ｇｌｙｃｏｌ?Ａｌｄｅｈｙｄｅ?ｏｙ?Ａｃｉｄ?Ａｃｉｄ?Ａｃｉｄ??Ｈ〇＾〇ｈ?〇＝＼＾〇?ｈ〇Ａ＾Ｈ?ｈｃ＾??ＯＨ??＼．．．＼—ｖ－??＼?＼?ｉｎｂｉｒｅｃｔ?ｐａｔｍｖａｙ?＼??ｄｉｒｅｃｔ?ｐａｔｈｗａｙ??图１．２乙二醇电氧化反应流程图??研宄结果表明，掺杂另一种金属可改变晶胞参数，降低Ｐｔ的ｄ带中心，削??弱ＣＯ在Ｐｔ表面的吸附
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