異質(zhì)結(jié)納米催化材料的控制合成及其電催化性能研究.pdf

1、異質(zhì)結(jié)納米材料由于具有特殊的物理、化學(xué)性質(zhì)，因而被廣泛用于各類反應(yīng)的催化材料。近年來(lái)，由于能源問(wèn)題日益加劇，對(duì)于燃料電池的研究引起人們的廣泛關(guān)注。目前，Pt基催化劑仍是直接甲醇燃料電池陽(yáng)極甲醇氧化反應(yīng)和陰極氧氣還原反應(yīng)的主要催化劑，但是Pt的儲(chǔ)量低，價(jià)格昂貴，成為燃料電池商業(yè)化應(yīng)用的限制因素之一。因此，研發(fā)Pt基催化劑的替代品，制備Pt含量低、催化性能好且穩(wěn)定性高的催化材料成為急需解決的問(wèn)題。
　　基于上述研究背景，本論文對(duì)異質(zhì)結(jié)

2、納米材料的合成工藝及其對(duì)甲醇氧化反應(yīng)和氧氣還原反應(yīng)的電催化性能進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。本論文的主要工作如下:
　　(1)采用一步還原法，在添加不同表面活性劑的條件下，制備了以Pd為核，以Pt納米枝為殼的Pd@Pt雙金屬合金納米材料。通過(guò)將Pd@Pt雙金屬合金納米材料負(fù)載于XC-72碳球，組裝成分散性良好的Pd@Pt/C雙金屬合金納米催化劑，用于直接甲醇燃料電池的陽(yáng)極催化劑。利用條件溫和且環(huán)境友好的熱水回流法除去殘存在Pd@Pt雙金屬合金

3、納米顆粒表面的表面活性劑，使Pd@Pt/C雙金屬合金納米催化劑具有更“清潔”的表面，進(jìn)而提高其催化性能。研究結(jié)果表明，以P123作為表面活性劑制備的Pd@Pt/C雙金屬合金納米催化材料，在經(jīng)過(guò)熱水回流處理后，具有最大的電化學(xué)活性表面積(ECSA)，在甲醇電氧化反應(yīng)中展現(xiàn)了優(yōu)異的催化性能。
　　(2)采用水熱法合成了Fe3O4，通過(guò)層層自組裝，制備了雙異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)納米催化劑Fe3O4@CeO2/M(M=Pt，Pd，Pt-Pd)，其中F

4、e3O4@CeO2/Pt（10-30 wt％）用于直接甲醇燃料電池的陽(yáng)極催化劑，F(xiàn)e3O4@CeO2/M（3wt％）用于4-硝基苯酚的加氫反應(yīng)的催化劑。由于雙異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的存在，有利于反應(yīng)物的擴(kuò)散和活性位點(diǎn)的暴露，且各組分之間具有協(xié)同催化效應(yīng)，因而有利于催化性能的提高。研究結(jié)果表明，當(dāng)Pt的理論負(fù)載量為20％時(shí)，Pt納米顆粒可以均勻分布于Fe3O4@CeO2表面，進(jìn)而展現(xiàn)出優(yōu)異的甲醇電氧化催化活性;Fe3O4@CeO2/Pd(3wt％)用