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《湖南工业大学》 2018年
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铂基合金纳米线的合成及对乙醇和甲醇电催化性能的研究

卢浩滋  
【摘要】:推进燃料电池技术对解决目前日益严峻的环境问题和能源问题有着非常重要的意义。近年来,替代甲醇作为直接燃料的有机小分子醇类近年来引起了广泛的关注,例如用乙二醇、异丙醇、丙三醇、丁醇替代甲醇都有人进行过尝试,而在众多有机小分子醇类中,因为乙醇具有无毒、来源丰富、渗透率相对于甲醇较低、理论能量密度高等优点而备受关注,因此本研究对甲醇和乙醇的催化氧化分别进行了探究。Pt基催化剂是目前燃料电池中研究的热点,但由于Pt为贵金属,价格昂贵,储量有限,因此对Pt进行参杂,从而形成二元或三元合金,不仅能降低催化剂成本,而且由于不同的金属形成合金时会产生协同效应和电子效应的共同作用,因此多金属合金催化剂能够有效提高催化剂的催化活性及稳定性。本文采用一步溶剂热法成功合成了成分可控的PtFe、PtFeNi合金纳米线,并通过SEM、XRD以及循环伏安的电化学等方法,对不同纳米线的合成条件、催化性能以及成分之间的关系进行了探究,应用于乙醇电催化氧化,获得了以下研究结果:1.实验各纳米线的理想合成条件为:KOH 500 mg,EG与DMF体积比为4:6,反应温度180℃,反应时间为7 h。此反应体系无表面活性剂,不会污染环境。2.在本体系中,所形成的纳米材料均具有相似的形貌结构,且。从SEM中看出均为细长,粗糙不光滑的线形结构。3.Pt_1Fe_1纳米线其线束径主要集中在20~35 nm左右,较符合正态分布规律,通过计算得出其平均直径约为25 nm。Pt_1Fe_2纳米线其线束径主要集中在20~30 nm左右,通过计算得出其平均直径约为21.5 nm。PtFeNi三元合金纳米线其线束径主要集中在25~40 nm左右,较符合正态分布规律,通过计算得出其平均直径约为30.1 nm。4.在本文配方中,PtFeNi三元合金的协同催化性能比PtFe二元合金纳米线要强。PtFe合金纳米线和PtFeNi合金纳米线催化剂对甲醇的最大质量电流密度分别为0.82 A?mg~(-1),1.16 A?mg~(-1),均高于商业Pt/C的质量电流密度。5.PtFe合金纳米线和PtFeNi合金纳米线催化剂对乙醇电催化氧化的最大质量电流密度分别为0.35 A?mg~(-1),0.98 A?mg~(-1),分别为商业Pt/C催化剂的1.1倍和3.06倍。对甲醇的催化来说,3000圈循环扫描之后,PtFe和PtFeNi合金纳米线催化剂质量电流密度分别下降了20%和28%。对乙醇来说,PtFe和PtFeNi合金纳米线催化剂质量电流密度分别下降了50%和40%。因此,PtFe和PtFeNi合金纳米催化剂的稳定性能良好。
【学位授予单位】:湖南工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:O643.36;TM911.4

【参考文献】
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