Pt基纳米线的修饰及电催化性能研究

来源 :中国石油大学(北京) | 被引量 : 0次 | 上传用户:ainyli
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贵金属铂(Pt)作为电催化剂的核心材料之一,在燃料电池领域等新能源技术革命中拥有重要地位。然而,铂稀少的储量限制了其大规模的应用,而目前使用的商业Pt/C催化剂也存在活性差,稳定性低的问题,目前无法商业化应用。因此,合理设计Pt基催化剂对能源革命至关重要。其中,一维铂基纳米结构由于其独特的各向异性,对奥斯瓦尔德熟化的良好抗性以及超快的电子传递速率,在电催化反应中有良好的应用前景,但其反应的稳定性与抗毒性依然需要进一步的提升。大量研究表明,元素组成亦是影响催化剂性能的重要因素,但3d过渡金属在反应中极易逸出,造成催化剂性能的降低。不仅如此,某些金属(Ru,Mo等)由于其特定的物化性质,难以与Pt相溶,大量引入会导致形貌的崩塌,降低催化性能。因此本论文引入微量(0.5~1%)“活性助剂”的方式修饰Pt基纳米线,构筑新型高性能Pt基催化剂。针对构筑新型Pt纳米线催化剂,本论文的研究内容主要包括以下两个方面:1.Pt-Ru双金属催化剂已被证实是直接甲醇燃料电池阳极反应(MOR)最理想的催化剂,然而Ru原子与Pt的相溶性非常低,为了避免大量的Ru原子进入Pt晶格中造成形貌崩塌。本文采用两种不同的策略引入Ru对Pt纳米线表面进行修饰,通过研究证实,相比于表面颗粒异质结构,表面合金化策略对甲醇电氧化性能的提升更为明显,透射电镜图像显示其能够良好地保持一维纳米线形貌。对CO stripping曲线进行分峰得知,表面合金化带来的良好Ru分散性造成的被其激活的Pt原子数量的增多,进一步有效提升甲醇分子在Pt表面氧化的电子转移速率与抗CO中毒性,本工作对表面修饰策略与电化学数据的深入分析提供了新的视角。2.乙醇的不完全氧化与电氧化反应活性急速下降是困扰直接乙醇燃料电池阳极反应的两个主要因素,将Pt与过渡金属元素(Fe,Co,Ni)结合是提升催化性能的有效手段,然而二元合金的催化性能依然不能达到满意的效果,不仅如此,过渡金属在长时间电催化过程中会大量溶解在酸性电解液中,造成Pt纳米线形貌的崩塌与电化学活性面积(ECSA)值的衰减。因此,本文引入Mo元素对Pt Ni纳米线进行合金化修饰并应用于直接乙醇燃料电池阳极反应(EOR)中,1%Mo的修饰可以提升2.16倍的电流密度,有效抑制乙醇的不完全氧化,电化学测试与理论计算结合表明,Mo的引入可以增强Pt Ni合金的催化活性并抵抗Ni在酸性电解液中的溶解,这也得到了反应后催化材料形貌维持的验证。本工作对简单方法合成特定纳米形貌的电催化策略增强行为提供了新的思路。
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