基于金纳米棒的电催化剂的合成及其电催化甲酸性质的研究

摘要

燃料电池在化学电源中不仅以清洁著称，而且它们在应用中效率较高，在可持续性能源的发展中占有一席之地。甲酸燃料电池则是以甲酸为燃料的一类燃料电池，有无毒安全，能量密度高，渗透率低的优点。本文通过简单的液相合成反应，制备出具有独特形貌的Pt/Co-Au哑铃状纳米棒和Au@Pt/Co核壳纳米棒，同时为了提高催化剂利用率从而降低成本，探索空心结构的制备及其形成机理，并对其在甲酸电催化氧化方面的性质进行了研究。本论文的主要研究内容是:
　　1.在常温水浴中，通过改变表面活性剂的类型，以金纳米棒为模板，成功地制备出Pt/Co-Au哑铃状纳米棒和Au@Pt/Co核壳纳米棒，并对它们在甲酸电催化氧化方面的性质进行了初步的研究。实验结果证明，Pt/Co-Au哑铃状纳米棒具有比Au@Pt/Co纳米棒和商业化Pt/C催化剂高的多的电催化活性。这主要是Au与Pt之间的电子转移效应，Co的杂原子效应，以及哑铃状结构的顶端所暴露出来的不规则的表面，还有Pt-Au之间的界面效应造成的。
　　2.以金纳米棒为原料，加入AA，K2PtCl4，CoCl2，KI，AgNO3以此制备PtAuAgCo空心结构。本章证明了表面活性剂种类，KI，K2PtCl4用量是影响产物的因素。在CTAB+5-BrSA中，5-BrSA可能会导致侧面位阻较大，这阻碍腐蚀的进程，而在CTAB中Au棒侧面的位阻相对小，因此空心结构比例多。I-对Au顶端的(111)晶面有比较强吸附作用，这一吸附作用比Br对侧面Au原子的吸附作用更大，这样就降低了两端Au原子的活性，这也促进了侧面的反应速率，加速空心结构的形成。随着K2PtCl4含量的减小，空心结构减少，这证明了PtBr42-的氧化作用随K2PtCl4的减少而降低。除了PtAuAgCo空心结构，我们还研究了PtAuAgM(M=Fe，Cu,Ni)空心结构的制备方法。不同空心结构在甲酸电氧化方面的电催化活性高于商业化Pt/C催化剂。

目录

声明

摘要

符号说明

1．1 引言

1．2 燃料电池概述

1．3 甲酸燃料电池概述

1．4 几种催化剂研究现状和提高催化剂活性的策略

1．4．1 Pd基催化剂

1．4．2 Pt基催化剂

1．4．3 Au基催化剂

1．5 本论文的研究内容及主要创新点

参考文献

第二章 Pt／Co-Au哑铃状纳米棒的制备和电催化甲酸性质的研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验试剂

2．2．3 Pt／Co-Au哑铃状纳米棒的合成

2．2．4 Au@Pt／Co核壳纳米棒的合成

2．2．5 样品表征

2．2．6 催化性质测试与分析

2．3 结果与讨论

2．3．1 Pt／Co-Au哑铃状纳米棒的结构和成分分析

2．3．2 Au@Pt／Co核壳纳米棒的结构和成分分析

2．3．3 Pt／Co-Au哑铃状纳米棒和Au@Pt／Co核壳纳米棒生长的机理解释

2．3．4 催化性质测试与分析

2．4 本章小结

参考文献

第三章 PtAuAgM(M=Co，Fe，Cu，Ni)空心结构的合成及其电催化甲酸性质研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验试剂

3．2．2 PtAuAgM(M=Co，Fe，Cu，Ni)空心结构的制备

3．2．3 样品表征

3．2．4 不同电对电势的计算

3．3 结果与讨论

3．3．1 PtAuAgCo空心结构和UV-vis吸收光谱

3．3．2 UV-vis吸收光谱的时间演变图

3．3．3 PtAuAgCo空心结构的影响因素

3．3．4 PtAuAgM(M=Fe，Cu，Ni)空心结构

3．3．5 催化性质测试与分析

3．4 本章小结

参考文献

总结和展望

致谢

攻读硕士期间发表的论文