【摘 要】
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铂作为燃料电池最优的催化剂,储量少、价格昂贵,但作为催化剂稳定性弱,因此开发高活性、稳定性、低成本的催化材料有助于推动燃料电池的广泛应用。研究表明,催化剂的形貌、结
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铂作为燃料电池最优的催化剂,储量少、价格昂贵,但作为催化剂稳定性弱,因此开发高活性、稳定性、低成本的催化材料有助于推动燃料电池的广泛应用。研究表明,催化剂的形貌、结构、成分以及表面状态对其性能有很大影响。通过在Pt催化剂中添加一种或多种金属形成二元或多元合金可以促进杂原子相互作用,提高电催化活性和稳定性。本文采用化学共还原法和溶剂热法成功制备出Pt-Cu合金纳米线及Pt-Pd-Cu合金纳米线网。采用TEM、XRD、EDS等现代仪器分别对其形貌、结构、成分等进行了表征,通过电化学测试方法对Pt-Cu合金以及Pt-Pd-Cu合金的电催化性能进行了研究,主要研究结果如下:(1)以NaBH4为还原剂,在室温条件下以600 rpm的转速反应1 h成功制备出Pt-Cu纳米线。其组分可以通过控制前驱体中Pt/Cu的配比调控,两者之间呈线性关系。且得到的Pt-Cu纳米线是面心立方合金相结构,直径约为5-8 nm。(2)Pt-Cu合金纳米线的电催化活性和组分相关。在碱性溶液中Pt33Cu67对乙二醇的电催化性能最优,稳定性最好,质量电流密度达3.1 A?mgPt-1。(3)成功制备的纳米网状结构的Pt-Pd-Cu面心立方合金相互交错,直径约为12±3 nm。三种金属之间存在强烈的电子间相互作用,能调节金属电子结构,提高催化剂性能。(4)分析Pt-Pd-Cu纳米线网的合成机理发现,线网的形成是PVP和Br-共同作用的结果。两者可以选择性地吸附于不同晶面引导金属纳米线各向异性生长,Br-通过与金属配位降低溶液中游离金属离子的浓度,能改变金属离子还原速率。(5)通过对Pt-Pd-Cu纳米线网电催化性能的研究,Pt-Pd-Cu纳米线网作为阴极催化剂参与氧还原反应中,在0.9 VRHE时能达到0.64 A?mgPt-1,是商业Pt/C的4.7倍,经过10000圈的加速耐久试验,其质量活性仅下降了17%;其作为阳极催化剂参与乙醇电催化氧化反应可知,Pt-Pd-Cu纳米线网的质量活性高达2974mA?mgPt-1,是商业Pt/C的2.44倍,而且Pt-Pd-Cu具有最优异的抗CO中毒性能。通过和廉价过渡金属形成一维合金材料,得到的Pt-Cu及Pt-Pd-Cu合金纳米线有较好的传质和电子传递的能力,具有优异的电催化剂活性,是很有前景的燃料电池催化剂。
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