钯基材料的结构成分调控及其燃料电池阳极电催化研究

发布时间：2021-12-30 18:27

　　电催化剂是燃料电池中非常重要的部分,其中钯基纳米材料因其优异的催化性能和稳定性被广泛应用到燃料电池中,但是其价格比较昂贵,影响了燃料电池的商业化应用。因此,开发高效低廉的钯基催化剂是目前燃料电池的一个研究热点。本文主要围绕钯基催化剂的结构、形貌和组成的调控,从而提高催化剂的电催化性能并降低催化剂成本。综合软模板法、硬模板法以及液相掺杂技术等方法制备了介孔Pt Pd中空纳米棒和硼掺杂的Pd Cu Au纳米刺组装体,并用于燃料电池阳极电催化甲醇氧化和甲酸氧化的研究。最后,我们总结了燃料电池所需的高性能、低成本和高耐久性的纳米材料催化剂制备方面所面临的挑战,这也是未来燃料电池在商业化应用所面临的关键问题。（1）采用氯钯酸钠、氯化铜和氯金酸为前驱体,F127为表面活性剂和结构导向剂,抗坏血酸为还原剂,通过一步法合成三金属Pd Cu Au纳米刺组装体,然后以硼氢化钠为硼源,在溶剂相中通过原位反应将硼元素掺杂到Pd Cu Au纳米刺组装体中。通过调整反应时间可以容易地控制催化剂中硼的掺杂量,适量的硼掺杂可以有效的增加表面活性中心以及产生较强的电子效应,从而有利于促进甲酸氧化反应。因此,在酸性溶液中... 

【文章来源】：浙江工业大学浙江省

【文章页数】：71 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

电化学胶束组装方法合成一维介孔铂纳米棒的示意图[49]

每个电极的Pd负载量控制为21μg·cm-2。为了估算电化学活性表面积（ECSA），在0.5MH2SO4电解质中进行了循环伏安（CV）测试，以50mV·s-1的扫描速率记录了电势，其电势范围为-0.2—1.2V。可以根据以下公式计算制备材料的ECSA值（ECSA=Q/（mPd×0.425），其中Q（C）是与PdO峰相关的电荷，0.425（mC·cm-2）是还原催化剂上PdO单层所需的电荷（mPd（mg）是电极上Pd的质量）。在含有0.5MH2SO4和0.5MHCOOH的混合溶液中测试甲酸氧化的电催化性能，所有测量均在室温下进行。2.4结果与讨论2.4.1B-PdCuAuNAs的结构表征图2-1B-PdCuAuNAs的合成示意图Figure2-1.Schematicillustrationoftwo-steppreparationoftheB-PdCuAuNAs如图2-1所示，通过两步法合成了B-PdCuAuNAs。首先，通过简单地加热金属前驱体的混合水溶液即可获得PdCuAuNAs，所获得的PdCuAuNAs具有发达的树枝纳米结构，这些纳米结构由交错的纳米刺组装而成（图2-2）。源自同一中心的纳米刺的长度约为100nm，直径约为10nm（图2-3b）。高分辨透射电子显微镜（HRTEM）图像显示了PdCuAuNAs上清晰的晶格条纹（图2-3c），经过傅里叶变换（FFT），可以看出晶格条纹的间距为0.217nm（图2-3d），对应于面

钯基材料的结构成分调控及其燃料电池阳极电催化研究21心立方（fcc）金属结构的（111）晶面。PdCuAuNAs中的晶格间距不同于纯Pd（0.225nm），纯Cu（0.209nm）和纯Au（0.236nm）的晶格间距，表明它们之间形成了合金结构。为了掺杂硼，将PdCuAuNAs分散到含有NaBH4的DMF溶液中，在反应过程中，BH4-会在合金纳米晶体表面进行缓慢分解，从而硼原子会掺杂到PdCuAuNAs表面。B-PdCuAuNAs的SEM（图2-4a）和TEM（图2-4b）图像显示样品的形貌与PdCuAuNAs相比无明显变化，所选区域的电子衍射（SAED）图案显示出环形图案，表明硼掺杂的PdCuAuNAs的多晶特性（图2-4b的插图）。由HRTEM图像显示的清晰晶格间距为0.226nm，该间距明显大于PdCuAuNAs的晶格间距（图2-4d），表明硼的掺杂引起了晶格膨胀。通过能量色散X射线（EDX）图谱研究了样品中的元素成分，通过样品的高角度环形暗场扫描电子透射电镜（HAADF-STEM）图像及其相应的EDX元素映射图像证实了纳米刺组装体中Pd，Cu，Au和B元素的存在以及分布均匀（图2-5）。图2-2PdCuAuNAs的SEM图Figure2-2.SEMimageofthePdCuAuNAs


本文编号：3558748