论文部分内容阅读
近年来,绿色、高效、低能耗并可方便携带的甲醇燃料电池引起科学家和工程师们的极大兴趣。在众多金属催化剂中,铂基纳米催化剂由于具有较高的催化活性和良好的导电能力成为纳米催化剂研究领域一直以来的研究重点,但纳米颗粒在使用过程中非常容易发生团聚,造成电化学催化活性迅速降低。相比之下,一维纳米结构催化剂可有效避免使用过程中纳米颗粒发生团聚造成的催化活性下降,因此合成形貌、大小可控的一维Pt基纳米催化剂是近期的研究热点。另外,在铂基催化剂中引入第二金属,既可以降低催化剂成本又可以改善电催化活性,如更低的氧化起始电势、更高的峰电流、缓解CO中毒、更好的氧还原能力等。因此,对于铂基双金属催化剂或者多金属合金催化剂的研究也是目前研究者们关注的热点。在合成一维铂基纳米催化剂的诸多方法中,选用组成多样、序列可调、温和条件下能够自组装的多肽作为模板,也是本课题组多年来一直致力于的研究方向。本课题选用合成方便、组装形貌为一维纳米纤维的多肽Ac-IIIK-NH2（I3K）为模板,通过原位还原的方式得到一维铂基纳米催化剂,通过改变动力学因素调控纳米催化剂的形貌,并考察其电催化性能。本论文介绍了铂基纳米催化剂晶体生长的过程、考察了其晶体形貌的影响因素、并研究了铂基纳米催化剂的电化学应用等内容,利用能够自组装为纳米纤维结构、在pH为67时表面带正电的Ac-I3K-NH2作为多肽模板,选用K2PtCl4作为金属前驱体,改变还原剂的种类,选用不同还原能力和还原方式的还原剂(NaBH4、HCOOH、VC、N2H4?H2O),得到不同组装形貌的铂基纳米催化剂,与商业化Pt/C催化剂比较其在甲醇氧化过程中的催化活性和抗CO中毒能力,发现用NaBH4和HCOOH作为还原剂时可以得到一维结构的纳米催化剂,而且选用NaBH4作为还原剂时催化剂内部铂纳米颗粒自身融合,催化活性最好且远远优于商业化Pt/C催化剂;选用不同价态和不同水解能力的金属前驱体（K2PtCl4、K2PtCl6、H2PtCl6）,以NaBH4为还原剂,均可得到一维铂纳米结构,借助透射电子显微镜（TEM）和高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）观察金属形貌及晶格,发现其晶面均为Pt{111}面,催化活性均优于商业化Pt/C,其中以价态较低、水解能力较强的K2PtCl4为金属前驱体的催化性能最好。通过引入第二种金属钯,改变金属前驱体K2PtCl4和K2PdCl4的比例（Pt/Pd=4:1、3:1、3:2、1:1）,可得到一维Pt/Pd双金属组装体,借助透射电子显微镜和高分辨率透射电子显微镜观察金属形貌及晶格,并考察其对甲醇阳极氧化和氧气还原反应的催化活性,结果发现,当金属前驱体K2PtCl4和K2PdCl4的比例接近1:1时,其对H+吸附能力最强考;考察对甲醇阳极反应的催化能力能力,发现其抗CO中毒能力远远高于单一元素铂或者钯;对于氧气还原反应的考察,发现其铂质量活性也要优于商业化Pt/C催化剂,而且元素钯的引入提高了金属铂的质量活性。总了,通过改变还原剂种类、金属前驱体种类、两种金属前驱体比例提高了催化剂活性。