Pd@Pt核壳结构纳米催化剂的制备及其对电催化氧还原的研究

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质子膜交换燃料电池(PEMFC)因其较高的能量密度、清洁、体积小等优点被认为是理想的便携式移动电源。但缓慢的阴极氧还原动力学、较低的工作稳定性和高昂的成本制约了PEMFC的商业化发展。因此,开发低铂高催化活性和稳定性的阴极氧还原电催化剂具有重要意义。本论文聚焦于一维纳米核壳结构电催化剂,研究它们的结构与氧还原催化活性和耐久性的关系,探索它们在电催化领域的应用,主要研究内容如下:  以NaBH4为还原剂,聚乙烯亚胺(PEI)为分子导向剂,Na2PdCl4和K2PtCl4为前驱体制备一维Pd纳米线和PdPt双金属纳米线,并结合欠电位沉积制备了表层富铂的Pd@Pt核壳纳米线电催化剂。XRD和TEM显示成功制备了直径约6nm的PdPt双金属纳米线和Pd@Pt核壳纳米线。研究对比了Pd@Pt核壳纳米线、PdPt双金属纳米线和商业化Pt黑的氧还原活性和耐久性,电化学测试显示,核壳纳米电催化剂具有最高Pt的质量比活性和面积比活性,其中氧还原活性与商业化Pt黑相近的Pd@3ML Pt纳米线Pt的质量比活性和面积比活性分别为商业化Pt黑的3和2.3倍,表明核壳结构是提高Pt利用率的有效途径。一维Pd@Pt核壳纳米电催化剂较商业化Pt黑显示了增强的耐久性和抗甲醇性能。  以PVP为保护剂,CO为还原剂通过醇热法控制合成沿一维方向生长的直径为1.5nm,长度为11.8nm的超细Pd纳米线,结合欠电位沉积方法在其表面制备了不同Pt原子层的Pd@Pt核壳结构纳米电催化剂。高分辨透射电镜和光电子能谱结果证实了这种核壳结构及Pt在Pd纳米线上的均匀分布。相比于商业化Pt黑催化剂,该核壳结构电催化剂对酸性介质中的氧气还原反应呈现了较高的电催化活性和增强的耐久性,显著增强的耐久性可归属于催化剂一维结构的稳定性。
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