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《南京师范大学》 2005年
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碳载铂和铂钴合金纳米粒子电催化剂对氧气还原的电催化

黄庆红  
【摘要】:由于化石燃料的危机和使用化石燃料引起的环境污染,燃料电池越来越受到人们的关注。其中,质子交换膜燃料电池(PEMFC)和直接甲醇燃料电池(DMFC)的研制倍受关注。然而,就这两种燃料电池研制的现状,阴极催化剂高的铂用量和高的极化过电位等限制了其商业化开发。由于氧气还原的高度不可逆性和“混合电位”效应,对于PEMFC,即使在开路电位氧电极的过电位还有约0.2V。而对于DMFC,由于甲醇能透过质子交换膜从阳极渗透到阴极,造成阴极的“混合电位”效应,导致了氧电极的性能更差,过电位又增加了约0.2~0.3V。因此,无论从提高催化活性、降低阴极铂载量,还是从提高阴极抗甲醇性能考虑,对于氧气电催化还原的研究仍然非常重要。同时,就目前研究现状,对氧电极催化性能的提高和阴极铂载量的降低也还有很大的空间。 本论文通过羰基簇合物途径制备了碳载Pt(Pt/C)和碳载双金属Pt-Co(Pt-Co/C)合金纳米电催化剂,评价了它们对氧气还原的电催化行为,并与E-Tek商业催化剂进行了比较。主要研究结果如下: 通过Pt羰基簇合物途径制备了不同金属载量的Pt/C催化剂,X-射线衍射(XRD)和透射电子显微镜(TEM)的测试结果显示,不同载量Pt/C催化剂的粒子大小都在2~4nm之间,并且具有窄的粒径分布和良好的分散性,与美国E-Tek公司2003年新开发的的商业催化剂粒径大小相似。对于氧气的电还原,在控制电极表面金属载量一定,氧还原活性随Pt载量的增加,催化活性依次降低,其原因可能是由于Pt载量的增加,其有效电活性面积降低的缘故。 通过金属羰基簇合物途径还制得了不同Pt:Co原子比的Pt-Co/C合金纳米催化剂,XRD测试表明合成出的Pt-Co合金为面心立方(fcc)结构的固态溶液,其平均粒径大小在2~3nm之间,热分析和等离子发射光谱分析证明合成出的催化剂的Pt与Co实际组成和理论值基本一致。TEM结果表明Pt-Co合金粒子粒径大小在2~4nm之间,且分散度高、粒径分布窄。与自制的和E-Tek的Pt/C催化剂相比,Pt-Co/C催化剂对氧还原呈现了增强的电催化活性,增强因子为1.2~2.2,其中Pt和Co原子比约为2:1时催化性能最优。合金催化剂对氧气还原增强的催化活性可归属于结构效应(有利的Pt-Pt临近原子间距离)和催化剂高的分散度。
【学位授予单位】:南京师范大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2005
【分类号】:O643.32

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【引证文献】
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