论文部分内容阅读
由于金属Pd对甲酸氧化反应(FAOR)和氧气还原反应(ORR)可观的催化活性以及其具有比Pt更低廉的价格,因此,Pd基纳米颗粒的设计与制备已经成为直接甲酸燃料电池(DFAFCs)电极反应催化剂研究的热门。纳米颗粒的催化性能很大程度上取决于其的结构,因此,精确地调控纳米颗粒的结构是提升其催化属性的主要手段。本论文通过对Pd基纳米颗粒的结构进行调控,利用所调控出的纳米颗粒的结构优势和颗粒中各组分间的电子效应来提升其对FAOR和ORR的催化性能。本论文具体的研究内容如下：1.发展出一种在水溶液中制备空心结构Pd(hPd)纳米颗粒既经济又实用的方法。对制备过程中出现的颗粒进行了详细的表征,并提出了空心结构的形成机制。利用FAOR验证了hPd纳米颗粒增强的催化性能。另外,为了提高hPd纳米颗粒的制备浓度,将此hPd纳米颗粒的制备方式拓展到有机相油胺中,发展出炭载hPd纳米颗粒的制备方法。通过FAOR和酸性溶液中ORR考察了所制备空心结构的催化性能。2.基于上述油胺中空心结构Pd纳米颗粒的制备,调控出半导体Ag2S与hPd复合结构纳米材料(Ag2S-hPd)。通过TEM表征技术,捕捉到了这种纳米复合材料的形成过程,进而提出该复合材料的形成机制。利用XPS表征证实了半导体Ag2S与Pd颗粒间强烈的电子耦合效应,并通过催化FAOR,考察了电子耦合效应对复合材料中Pd纳米颗粒催化性能的影响。3.利用Ag-Pd合金去合金过程对Pd造成的额外晶格拉伸制备出具有更大程度晶格应变的核壳型Au@Pd纳米颗粒。通过XPS表征技术验证了这种更大程度的晶格应变效应。另外,与采用种子生长法直接得到的Au@Pd纳米颗粒催化ORR的行为进行比较,探究这种更大程度晶格应变效应对Pd壳催化性能的影响。4.发展了一种利用Au催化制备亚纳米壳核壳型Au@Pd纳米颗粒的方法。通过高分辨率STEM技术,详细地表征了所制备的核壳型Au@Pd纳米颗粒壳层的Pd原子层数,并通过相关的验证实验得出了Au催化核壳型Au@Pd纳米颗粒的形成机制。另外,通过酸性溶液中的ORR验证了亚纳米态Pd壳中的晶格应变效应对其催化性能的提升。5.通过对纳米颗粒的几何结构进行精确的调控,制备出了铃铛型(CBS) Pt-Pd纳米颗粒。采用TEM,HRTEM技术对所制备的铃铛结构进行了确认,并考察了CBSPt-Pd催化ORR的活性及在甲醇存在下对ORR的选择性。6.发展了一种通过Cu纳米颗粒与Pd2+前驱体间的电置换反应(GRR)制备树枝状Cu-Pd合金纳米颗粒的方式。对树枝结构及其成分进行了详细的表征,并探究了树枝状的Cu-Pd合金纳米颗粒在FAOR中催化性能提升的原因。