納米多孔核-殼結構氧還原電催化劑的制備、表征與性能研究.pdf

1、在各種綠色能源技術中，質子交換膜燃料電池（proton exchange membrane fuel cells, PEMFCs）可以高效地將化學能轉換為電能。由于燃料電池具有低碳或零碳排放的特點，因此在過去十年內受到了科研工作者的廣泛關注。但是燃料電池的大規(guī)模商業(yè)化應用卻受到高Pt催化劑需求量的影響而受到了嚴重的阻礙，因為Pt催化劑不僅價格昂貴，且資源有限。
　　脫合金納米多孔金屬由于具有特殊的結構和電化學性能而在燃料電池的開發(fā)

2、應用上具有潛在價值。通過在適宜的電解液中腐蝕商業(yè)化的合金薄膜得到的納米多孔金（nanoporous gold, NPG）,這種材料本身就可以作為一些電極反應的催化材料，進一步對其表面功能化，所得到的納米多孔金基催化劑對燃料電池而言更加具有獨特的結構優(yōu)勢，例如高比表面積，高電子傳導率，高穩(wěn)定性和高的貴金屬利用率。因此，本論文以納米多孔金為基底，通過不同方法制備原子層級 Pt殼催化劑，并探究它們的形貌與性能，以及在電催化和燃料電池領域的應用

3、。具體研究內容如下：
　?。?）通過 Cu欠電位沉積-原位置換的方法，構建了一種自支撐的納米多孔金屬電催化劑，它有著亞納米厚的PtPd殼，開始的ORR質量活性在0.9V（vs RHE）時達到了1.140 A mgPt-1。在30000個電勢循環(huán)后質量活性達到了1.471 A mgPt-1，并且穩(wěn)定至100000個電勢循環(huán)。利用一氧化碳掃除和甲酸電氧化實驗推測出活性改變的起源------表面結構演化。從開始的 PtPd合金殼到表面富

4、鉑的三元合金表面結構，再到最后的統(tǒng)一穩(wěn)定的PtPdAu三元合金結構。
　?。?）通過化學還原沉積的方法，在納米多孔金表面修飾原子層級的Pt殼層，成功制備了NPG-Pt氧還原電催化劑。該催化劑在酸性電解質中對于氧還原反應有著優(yōu)秀的催化活性，與商業(yè)Pt/C催化劑相比，該催化劑可以在0.9 V（vs RHE）實現(xiàn)0.44 A mgPt-1的質量活性，相比商業(yè)催化劑，催化活性增強近2.8倍。此外，該催化劑材料顯示出卓越的穩(wěn)定性。經(jīng)過300