AgPt合金納米催化劑的合成及其電催化性能.pdf

1、質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)是一種極具潛力的清潔、高效能源轉(zhuǎn)換裝置。然而，高成本的電池陰陽(yáng)極催化劑制約PEMFC的產(chǎn)業(yè)化。貴金屬鉑是目前PEMFC最常用的催化劑，但鉑價(jià)格昂貴、活性和穩(wěn)定性不夠理想、易被毒化失活等因素抑制了PEMFC性能。如何調(diào)控鉑催化劑的結(jié)構(gòu)和組成，進(jìn)一步提高鉑的利用率是目前研究的熱點(diǎn)。研究表明，通過合金化制備Pt基復(fù)合催化劑是一條切實(shí)可行的策略。在眾多過渡金屬元素中，Ag原子摻雜可以有效調(diào)控Pt納米粒子的電子結(jié)構(gòu)

2、和幾何構(gòu)型，從而提高催化劑的催化活性和穩(wěn)定性。本文利用具有不同分子鏈結(jié)構(gòu)的高分子胺為形貌控制劑和分散劑，通過水熱法和選擇性氧化刻蝕兩種途徑，設(shè)計(jì)制備了不同形貌和表面結(jié)構(gòu)的AgPt雙金屬合金納米催化劑，并將其應(yīng)用在PEMFC陽(yáng)極甲醇、甲酸小分子的電催化氧化上。主要內(nèi)容如下:
　　1.通過一鍋水熱法合成尺寸、形貌均一的AgPt合金納米八面體。Ag離子在Pt晶核上的誘導(dǎo)還原及Ag0原子的選擇性氧化刻蝕促進(jìn)納米合金八面體的最終形成。甲酸在

3、AgPt合金納米八面體上的氧化峰電流(350.13mA mgPt-1)是商業(yè)化Pt黑(172.43mA mgPt-1)的2.06倍;3000s計(jì)時(shí)電流測(cè)試后，AgPt合金納米八面體的電流密度(0.72mA cm-2)是商業(yè)化Pt黑催化劑電流密度(0.15mA cm-2)的4.8倍。AgPt合金納米八面體上對(duì)甲酸的電氧化顯示出更好的活性和穩(wěn)定性。
　　2.脫氫途徑是甲酸電催化氧化中期望發(fā)生的反應(yīng)途徑，可以有效降低催化劑的毒化，增大電

4、池的輸出功率。在上述工作基礎(chǔ)上，進(jìn)一步通過選擇性刻蝕，除去AgPt合金八面體中的Ag原子，得到具有富Pt表面的多孔AgPt雙金屬八面體催化劑（AgPt@Pt納米八面體）。在0.60V(vs.RHE)電位下，多孔AgPt@Pt納米八面體的質(zhì)量電流密度為282.6mA mg-1，約為實(shí)心AgPt納米八面體(162.8mA mg-1)的1.7倍、純Pt納米八面體(77.9mA mg-1)的3.6倍、商業(yè)化Pt黑(26.1mA mg-1)的10

5、.8倍。在多孔AgPt@Pt上的通過脫氫途徑氧化的甲酸的是CO途徑的2.77倍，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于實(shí)心AgPt八面體(1.22)和商業(yè)化Pt黑(0.31)。Ag與Pt原子之間的幾何效應(yīng)和電子效應(yīng)促進(jìn)了甲酸氧化主要以脫氫途徑進(jìn)行。
　　3.使用氨基封端的聚(N-異丙基丙烯酰胺)(PNIPAM-NH2)作為結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑，一鍋水熱法合成超細(xì)AgPt合金納米線。AgCl沉淀、AgPt合金納米小顆粒的生成以及合金小粒子之間的定向吸附促使超細(xì)AgPt合金