鉑基納米晶的可控合成及其電化學(xué)催化性能研究.pdf

1、在過(guò)去的幾十年里，全球范圍內(nèi)化石燃料的大量使用在極大的提升了人們的生活水準(zhǔn)同時(shí)，也帶來(lái)了日益嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題。面對(duì)環(huán)境污染的加重以及能源危機(jī)的加劇，降低對(duì)非可再生資源例如石油以及化學(xué)能源的使用已經(jīng)迫在眉睫。低溫質(zhì)子交換膜燃料電池能夠零排放的將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能，是化石能源材料絕佳的替代物。由于貴金屬Pt納米晶催化劑的高效率，高穩(wěn)定性，目前在燃料電池的催化劑使用中占據(jù)最重要的組成部分。然而考慮到Pt資源匱乏和昂貴的價(jià)格，尋找Pt的替代品提高催

2、化劑的活性成為科學(xué)研究的熱點(diǎn)。將其它金屬與Pt形成合金是一種成為有效減少Pt的使用量的常用大方式。除了用其它金屬替代Pt以外，設(shè)計(jì)合成具有特殊結(jié)構(gòu)的納米晶，例如中空結(jié)構(gòu)，多級(jí)多孔結(jié)構(gòu)等都是能夠更好提升Pt使用價(jià)值的手段。除了考慮納米晶的形貌，在納米晶中引入缺陷位點(diǎn)也是一種絕佳的手段。因此，構(gòu)建具有眾多缺陷位點(diǎn)的多級(jí)結(jié)構(gòu)納米晶以及具有超高比表面積的中空結(jié)構(gòu)都是解決Pt資源危機(jī)的理想手段。
　　本論文報(bào)道了多種具有結(jié)構(gòu)特異性的Pt基納

3、米晶的合成方法，并對(duì)其合成機(jī)理進(jìn)行了系統(tǒng)研究。文中報(bào)道的幾種Pt基催化劑，在燃料電池中非常重要的甲酸氧化和氧還原反應(yīng)中展現(xiàn)出了優(yōu)異的表現(xiàn)。本論文主要包括以下幾方面的內(nèi)容:
　　1.我們介紹了一種的尺寸可控的多級(jí)結(jié)構(gòu)Pt-Cu三角雙錐結(jié)構(gòu)的方法。實(shí)驗(yàn)中通過(guò)改變加入反應(yīng)的KI的量，可以實(shí)現(xiàn)樣品尺寸在110納米到250納米之間的調(diào)節(jié)。Cu2+離子的存在對(duì)形成具有{111}孿晶結(jié)構(gòu)三角盤晶種至關(guān)重要。多級(jí)結(jié)構(gòu)Pt-Cu三角雙錐納米晶相對(duì)于

4、商用Pt/C催化劑在電化學(xué)甲酸氧化催化中表現(xiàn)出了更優(yōu)異的性能。內(nèi)部相互橋連的多級(jí)框架結(jié)構(gòu)是提高材料催化性能的根本原因。
　　2.我們合成了兩種基于二十面體晶核生長(zhǎng)的Pd-Pt-Cu三元金屬納米晶（大十二面體和大菱形二十面體）。這兩種特殊結(jié)構(gòu)的納米晶的生長(zhǎng)都是源于二十面體的晶核。當(dāng)反應(yīng)體系中KI量很少時(shí)，晶體生長(zhǎng)優(yōu)先于垂直于二十面體的孿晶界面處，形成大十二面體結(jié)構(gòu)。隨著KI的量增多，KI對(duì)于晶面的包覆作用大大增加，使得垂直于孿晶界面

5、方向的生長(zhǎng)受限直至被阻止。當(dāng)KI量達(dá)到一定閾值以后，納米晶在垂直于二十面體頂點(diǎn)的方向生長(zhǎng)，從而得到大菱形二十面體結(jié)構(gòu)。并且兩種納米晶都屬于多枝結(jié)構(gòu)，并且擁有大量暴露的孿晶界面基，作為一種理想催化劑進(jìn)行氧還原性能測(cè)試，獲得了優(yōu)異的催化表現(xiàn)。
　　3.我們通過(guò)氧化刻蝕不同比例的PdPt合金納米晶立方體，得到了三種不同結(jié)構(gòu)的中空結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，最終氧化刻蝕產(chǎn)物的形貌決定于初始反應(yīng)的PdPt合金納米晶兩種元素的比值。在氧氣存在的刻蝕條件