铂基有序微纳阵列的构筑及其甲醇催化性能研究

摘要

纳米技术的飞跃发展已经从本质上改变了科学家们合成器件的方法，以及改变了器件本身的性质。因此，随着纳米技术的成熟稳定，它已成为科研领域中十分热门的领域，尤其是对于多维度、形貌各异、性能优越的纳米材料的合成。当前，由于二维有序微纳阵列结构器件在许多领域均表现出良好的性能（如生物技术、传感器、燃料电池、光电子学、磁学等领域），所以科研工作者们迫切的希望能利用纳米技术，制备出更多、更新颖的二维有序微纳阵列。
　　本论文中，我们将聚苯乙烯小球，在液面进行自组装后，合成了大面积的聚苯乙烯单层膜；利用恒电流、两步电流沉积法在 ITO电极或 Au电极上，沉积出Pt基碗状微纳阵列结构。表征了其形貌，测试了其在直接甲醇燃料电池（DMFC）中的催化能力，探索出影响甲醇燃料电池的原因。其主要内容如下：
　　（1）采用液面自组装的方法，在清洗干净的载玻片上，合成了大面积的聚苯乙烯胶体晶体膜，并利用扫描电子显微镜（SEM）对其形貌进行表征。
　　（2）以高度有序的聚苯乙烯小球为模板，首先研究了基底电极对纳米器件的形貌、性能的影响。作为对比，将聚苯乙烯胶体球分别铺设在 ITO电极、镀金玻璃电极上；采用恒电流沉积法，同一沉积参数下，在两种基底电极上构筑了Pt-Ni微纳阵列；通过SEM、XRD分析其形貌成分以及结构；紧接着进行了甲醇催化性能的测试，发现Au电极上生成的微纳阵列，具有着更强的甲醇催化性能，其最高峰电流值约为12mA（为在ITO电极上测得其甲醇催化性能的2倍）
　　（3）在Au电极上沉积出Pt-Co微纳阵列材料。将胶体球模板转移至Au电极上干燥后，置于四种不同浓度配比的硫酸钴和氯铂酸的混合溶液中；其中氯铂酸浓度不改变，只改变硫酸钴浓度。在四种钴含量的混合溶液中，采用恒电流沉积法，同一沉积参数下，制备出了4种Pt-Co微纳阵列；对该材料，进行甲醇催化性能研究时，发现当Co含量为0.06M时，其甲醇催化的峰电流值最大，约为19mA。得出当电解液浓度的改变时，电沉积后所生成的材料，其形貌与性能将会受到显著的影响。
　　（4）在覆盖有二维胶体晶体球模板的 Au电极上，利用两步电流法，分别沉积出了Pt-Fe和Pt-Ni的微纳阵列结构，并研究两种电极材料对甲醇的电催化氧化性能。两步电沉积后，利用扫描电子显微镜对这两种器件形貌进行观察，发现该方法制备的阵列形貌与恒电流法制备的材料明显不同，而是在第一层（Pt）的基础上，继续生长出了第二种（Fe/Ni）目标物质。通过 CHI660电化学工作站对其进行甲醇催化性能测试，分析实验数据后，发现利用两步电流法得到的分层纳米材料，也能成为新型的催化剂。制备实验过程简单、容易重复、经济又环保。

目录

声明

第一章 绪论

1.1二维纳米材料

1.2 胶体晶体合成相关纳米结构阵列的科研进展

1.3 基于胶晶模版法的有序阵列构筑

1.4 纳米器件的应用

1.5 本文研究的主要内容和意义

第二章Pt-Ni微纳阵列的构筑及其甲醇催化性能

2.1引言

2.2 Pt-Ni不同形貌阵列的构筑

2.3 形貌结构与表征

2.4 成分及物相讨论

2.5 Pt-Ni微纳阵列结构的甲醇催化性能

2.6 结论

第三章 Pt-Co微纳阵列的构筑及其甲醇催化性能

3.1 引言

3.2 Pt-Co微纳阵列的构筑

3.3形貌结构与表征

3.4 成分及物像讨论

3.5 Pt-Co微纳阵列的甲醇催化性能

3.6 结论

第四章 两步法沉积Pt基微纳阵列及其甲醇催化性能

4.1 引言

4.2两步法沉积Pt基微纳阵列

4.3 形貌结构与结构表征

4.4 元素组成分析

4.5 Pt/Fe微纳阵列甲醇催化性能

4.5 结论

第五章 全文总结与展望

参考文献

硕士期间论文发表情况

致谢