论文部分内容阅读
随着能源和环境问题的突出,人们对于可持续清洁能源的需求愈来愈强。近年来燃料电池由于其高转换效率引起了很多科学家的关注,其中甲醇燃料电池（DMFCs）储存携带方便、功率密度和能量密度高并且能在低温下快速启动,被认为是很有应用前景的动力电源。但是目前对于DMFCs而言,Pt基催化剂仍然是最有效的催化剂,然而Pt基催化剂的高成本以及因含碳中间产物的吸附导致的活性降低等阻碍了其商业化发展。为了解决这些问题,研究者们致力于寻找高效的助催化剂,其中过渡金属磷化物因为其独特的电子和催化特性得到广泛关注。本文以金属骨架材料ZIF-67作为磷化物的直接来源,无需外加钴源。但金属骨架材料（MOFs）的含碳量较低导致导电性差,所以本课题中将其组装在酚醛树脂表面,一方面,酚醛树脂碳化后得到的中空多孔碳球具有良好的导电性和低电阻,另一方面MOFs材料可以直接通过碳化磷化得到CoP/NC。本课题采用纳米二氧化硅球为牺牲模板,通过原位聚合制备中空多孔酚醛树脂球（HPCS）。并在PVP的修饰下在其表面组装ZIF-67,通过碳化和低温磷化成功制备中空多孔碳球@磷化钴/氮掺杂碳（HPCS@CoP/NC）。最后,采用微波辅助多元醇的方法沉积Pt纳米颗粒制备Pt-HPCS@CoP/NC复合催化剂。通过场发射扫描电镜（FE-SEM）,X-射线衍射（XRD）,X-射线光电子能谱（XPS）,高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）和氮气吸附-脱附等温线对材料微观形貌和结构进行表征,利用循环伏安法（CV）,交流阻抗法（EIS）,CO溶出伏安法和计时电流法（I-t）对催化剂的电化学性能进行测试,成果如下:（1）成功制备了中空多孔酚醛树脂球,半径为900 nm,孔体积为0.017 cm3 g-1,比表面积为6.082 m2g-1。HPCS@CoP/NC复合载体呈现中空球形结构,孔径为4 nm,具有较大的比表面积和孔体积,可以为Pt的负载提供大量的活性位点,同时介孔可以为物质和电子运输提供快速的通道。TEM结果表明Pt纳米粒子的粒径为2 nm,均匀分布在HPCS@CoP/NC载体上,有利于Pt活性位点的暴露。XPS结果证实了Pt与CoP之间的强烈相互作用,有利于改善催化剂的性能。（2）为了研究HPCS与ZIF-67的比例对复合催化剂性能的影响,本文制备了不同质量比的Pt-HPCS@CoP/NC催化剂,结果表明当HPCS为250 mg时催化剂的电化学性能最好。电化学结果表明,Pt-HPCS@CoP/NC催化剂的电化学比表面积为145.5 m2g-1,质量比活性可以达到688 mA mgPt-1,具有较好的循环稳定性和抗CO中毒性。因此,Pt-HPCS@CoP/NC复合催化剂是理想的甲醇燃料电池阳极氧化催化剂。