收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

Pt-Ni合金纳米晶的可控合成及其ORR性能研究

宓淑莹  
【摘要】:工业革新和社会经济发展的同时难免会伴随着能源短缺和环境污染的问题,质子交换膜燃料电池(PEMFCs)作为新型绿色能源动力系统,具有能源转化率高,安静,环境友好等诸多优点,被认可为21世纪最具有前景的能源系统之一。但贵金属Pt作为质子交换膜燃料电池必不可缺的催化剂,其稀缺和昂贵的特性大大限制了燃料电池大规模商业化的进程。解决上述问题的有效方法之一是利用价格较低的过渡态金属部分取代Pt原子,形成相应的合金体系,合金原子通过两者的协同效应,修饰金属Pt的电子结构。这不仅能够显著减少Pt的用量,而且能够显著提高其催化活性。小颗粒Pt基晶体能有效提高原子利用率,但同时保持优异的电化学性能。目前的大多数研究都侧重于制备尺寸较小的单晶颗粒,并提高催化活性;而大颗粒单晶由于其极大的改善了纳米结构中普遍存在的晶界电荷传输损耗,有效提高了电流密度,因此具有优异的电荷传输性能。二者优点的结合,仍然是催化剂材料制备的难点。结合以上的工作,本文从减少催化剂成本和提高ORR性能、稳定性角度出发,制备了多孔球形、立方形和多足Pt-Ni单晶催化剂。通过抗坏血酸,葡萄糖等还原剂,十二烷基三甲基氯化铵(DTAC)等帽式试剂,对Pt基纳米材料催化剂形貌和结构进行了调控,并分别对它们的氧还原催化性能和循环稳定性进行了表征。主要研究内容如下:1.利用传统的溶剂热法,成功合成了具有多孔结构的大颗粒(47nm)Pt3Ni单晶催化剂。晶体以自组装方式进行生长,帽式试剂DTAC对多孔与团簇(3-5nm)尺寸和数量的控制起着至关重要的作用。多孔结构可以有效增加催化剂的活性位点;交流阻抗谱测试结果表明,单晶的结构能有效降低晶界电阻的大小。ORR测试显示,该Pt3Ni大颗粒多孔单晶催化剂的质量活性为商业化Pt/C的6倍。另外,大颗粒可以有效降低晶体团聚和Ostwald熟化几率,在长达10000圈耐久性循环后,其活性的损失仅为商业化Pt/C的二分之一。2.利用葡萄糖作为还原剂,DTAC为帽式试剂合成了 Pt1.5Ni纳米颗粒,通过TEM观察到该颗粒具有多通道立方形结构,平均边长为42.5 nm。实验发现,DTAC在合成此形貌中起了决定性的作用。在无DTAC,其他实验条件都相同的情况下,我们得到了形貌不规则的“飞镖状”纳米颗粒。ORR性能测试表明,所合成的多通道立方形Pt1.5Ni纳米颗粒具有优异的电化学性能。与商业化Pt/C相比,其质量活性和比活性分别提高了7.4 和 9.1 倍。3.通过一锅法合成了结构和组成可控的Pt-Ni纳米晶体。通过调节反应时间的长短可以显著调节纳米晶体的尺寸和形貌,晶体从四足状形貌逐渐生长成多分枝结构,且伴随着平均粒径的增长。多足状结构和较小的颗粒尺寸有利于增加催化反应的活性位点,因此极大的提高了颗粒中Pt原子的利用率,加之Ni原子的协同效应对Pt原子电子结构的修饰,实验表明,元素组成为PtNi1.25的纳米晶体的质量活性达到了 0.757 A/mgPt,为相同测试条件下商业化Pt/C的9.1倍。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 许程;潘牧;唐浩林;木士春;袁润章;;催化剂用纳米铂的制备方法研究[J];电池工业;2006年05期
2 苏刚栋;;燃料电池电催化剂的研究进展[J];江西化工;2015年05期
3 黎华玲;廖世军;宋慧宇;;特殊形貌纳米铂的制备及其在燃料电池催化剂中应用[J];现代化工;2013年05期
4 王温静;王晓红;姜英琪;胡小龙;刘理天;;面向膜电极的选择性生成纳米级多孔硅技术的研究[J];传感技术学报;2006年05期
5 陈光宇;利用纳米实验及分子模拟研究燃料电池[J];电池;2002年03期
6 刘海涛;张迎九;潘曹峰;;基于纳米燃料电池的自供能纳米系统[J];科学通报;2016年12期
7 ;中科大研制出铂超细纳米线催化剂[J];硅酸盐通报;2017年07期
8 严泽宇;李冰;杨代军;马建新;;质子交换膜燃料电池Pt纳米线电催化剂研究现状[J];催化学报;2013年08期
9 庄林;;新型纳米结构推动燃料电池电极催化剂的发展[J];物理化学学报;2016年08期
10 张明媚;张纪伟;张丽娟;;铂纳米颗粒形貌控制研究进展[J];稀有金属材料与工程;2013年08期
11 唐浩林,潘牧,木士春,袁润章;离子修饰纳米Pt的合成及其在FC中的应用[J];电池工业;2004年02期
12 孙小晴;李国柱;李晓的;王莅;张香文;;碱基调控Pt纳米晶构型及其催化加氢性能[J];化工进展;2017年04期
13 钱海霞;曾燮榕;;离子束诱发沉积Pt纳米结构的研究[J];广东化工;2009年08期
14 艾德生;高喆;赵昆;邓长生;;乙二醇中纳米Ni粉的合成[J];科技导报;2006年09期
15 许程;潘牧;唐浩林;木士春;袁润章;;导电聚苯胺稳定的纳米铂的合成[J];电池工业;2006年06期
16 刘丹丹;邬冰;高颖;;碳载Pt-Ni催化剂对直接甲醇燃料电池阴极氧电还原性能的影响[J];燃料化学学报;2010年03期
17 王定胜;李亚栋;;金属、金属氧化物纳米晶催化剂:结构与催化性能关系研究(英文)[J];化学进展;2013年01期
18 尹海川;柳清菊;林强;;纳米TiO_2掺杂贵金属Pt抑制蓝藻的生长[J];功能材料;2005年12期
19 周洪英;;可提高燃料电池容量的催化剂[J];功能材料信息;2008年Z1期
20 吴喜明;杜鸿达;汤皎宁;苏轶坤;;热处理对Pt纳米线电催化性能的影响[J];稀有金属材料与工程;2014年07期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 魏丽;林子寅;封格;冯菊;李彦;;不同形貌的铂/碳纳米管复合物的制备及性质研究[A];中国化学会第27届学术年会第08分会场摘要集[C];2010年
2 杨军;;中空和摇铃型铂基燃料电池纳米电催化剂研究进展[A];第七届中国储能与动力电池及其关键材料学术研讨与技术交流会论文集[C];2015年
3 郭少军;;新型氧还原催化纳米晶设计合成[A];中国化学会第30届学术年会摘要集-第三十六分会:纳米材料合成与组装[C];2016年
4 张晟卯;陈艳芬;张平余;张治军;;不同形貌Ni纳米微粒的制备及其摩擦学行为研究[A];第十一届全国摩擦学大会论文集[C];2013年
5 李永军;黄伟珺;孙世刚;;Pt纳米微粒超级团簇的合成、组装及其异常红外性能[A];中国化学会第二十五届学术年会论文摘要集(上册)[C];2006年
6 包信和;;纳米约束体系的催化特性[A];第十四届全国催化学术会议论文集[C];2008年
7 冶银平;张永胜;孙晓军;周惠娣;;Ni/聚氨酯纳米复合涂层的制备及其摩擦学性能研究[A];第七届全国摩擦学大会论文集(二)[C];2002年
8 吴俊升;李晓刚;杜伟;陈华;;纳米多孔气凝胶材料在催化和吸附领域的应用[A];第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅱ[C];2004年
9 晁淑军;张雅甜;王魁;白正宇;杨林;;花状Ni和N共掺杂分级多空碳微球的制备及燃料电池存储性能[A];中国化学会第30届学术年会摘要集-第三十分会:化学电源[C];2016年
10 廉括;王蕾;顾福博;韩冬梅;王志华;郭广生;;不同形貌纳米CeO_2的制备及其催化氧化活性研究[A];中国化学会第27届学术年会第11分会场摘要集[C];2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王荣跃;直接甲酸燃料电池催化剂的设计、制备与性能研究[D];山东大学;2012年
2 韩双;电沉积块体纳米晶Ni的压缩力学行为及微观结构演化研究[D];吉林大学;2014年
3 邹锐;铑纳米颗粒催化剂的制备及加氢应用[D];北京化工大学;2016年
4 于洁玫;纳米TiO_2调制结构对表面物质转化和能量传递的影响研究[D];山东大学;2015年
5 高玉仙;CeO_2纳米晶及其负载的催化剂在不同反应中的结构—性能关系[D];中国科学技术大学;2015年
6 张正飞;一维氧化钨纳米材料无催化剂生长的原位透射电镜研究[D];浙江大学;2017年
7 郭琳;高性能铂基燃料电池催化剂研究[D];重庆大学;2015年
8 牛志强;钯、铂纳米晶的调控合成与催化性能研究[D];清华大学;2012年
9 李会会;一维纳米电催化剂的设计、合成及其应用研究[D];中国科学技术大学;2014年
10 闫星旭;电纺Fe-N-C:O纳米纤维电催化氧气还原反应的性能和机理[D];清华大学;2015年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 宓淑莹;Pt-Ni合金纳米晶的可控合成及其ORR性能研究[D];华东理工大学;2018年
2 刘鑫宇;氰胶还原法制备Pt基催化剂及其在燃料电池中的应用[D];南京师范大学;2015年
3 闫春运;基于介孔碳的ORR催化剂和锂离子电池负极材料的制备[D];青岛大学;2017年
4 苏莹;石墨烯负载非贵金属锰催化剂的制备与ORR性能研究[D];新疆大学;2016年
5 施琳燕;Pt纳米线在催化反应中的应用[D];苏州大学;2014年
6 郭佩丽;纳米多孔TiO_2复合材料的制备及电化学性能研究[D];天津大学;2014年
7 刘盛楠;燃料电池用W_(18)O_(49)的合成及其载Pt催化剂的性能研究[D];北京交通大学;2013年
8 李晓的;Pt纳米晶的构型仿生调控与催化加氢性能研究[D];天津大学;2015年
9 戚芬强;Pt纳米线选择性催化合成仲胺类化合物[D];苏州大学;2013年
10 魏朝旭;质子交换膜燃料电池铂纳米线电极研究[D];上海交通大学;2015年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 ;日本纳米应用竞争激烈 燃料电池明后年投产[N];中国有色金属报;2003年
2 钱铮;日本发明廉价燃料电池催化剂[N];经济参考报;2008年
3 石瑛 记者 刘湘竹;给催化剂穿“铠甲”应用又见新希望[N];大连日报;2013年
4 肖占中;纳米·环保·战争[N];中国国防报;2004年
5 记者 吴长锋;新型“纳米棒”让二氧化碳变身高效能源[N];科技日报;2018年
6 本报记者 罗朝淑;行走在医疗前沿的纳米黄金[N];科技日报;2014年
7 特约记者 杨春雨;纳米异丙苯催化剂节能出奇效[N];中国化工报;2010年
8 本报记者 崔爽;诺菲纳米:让大屏幕无处不在[N];科技日报;2018年
9 记者 郭锦润 通讯员 钟祖彦;商谈纳米新材料等项目合作[N];中山日报;2017年
10 健康时报记者 齐钰;纳米枪打响第一枪[N];健康时报;2018年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978