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本论文围绕质子交换膜燃料电池和电解水等电化学能量转换装置的高效电催化剂的制备开展工作。依据合金效应、表面调控和界面调控等提高催化剂活性的策略,制备了合金、组分偏析结构和纳米片组装体等纳米晶材料。论文研究内容包括制备Pt-Cd和Pt-Cd-M纳米立方体(NCs)、Pt-Ni二十四面体纳米晶(THH Pt-Ni NCs)和菱形十二面体纳米晶(RDH Pt-Ni NCs)、Pt-Ni二十四面体纳米框架(THH Pt-Ni NFs)和菱形十二面体纳米框架(RDH Pt-Ni NFs)、Ru-Ni夹心纳米片和MoS2纳米片组装体,并研究它们的电催化性能。具体的研究成果如下:(1)以油胺为溶剂、葡萄糖为还原剂制备得到了 Pt-Cd和Pt-Cd-M(M=Mn,Fe,Co,Ni,Cu)纳米立方体并探究了它们在甲醇和甲酸氧化反应中的电催化活性。结果表明,在甲醇氧化反应中,Pt6Cd4Co1 NCs/C表现出最优的面积活性和质量活性,分别是商业Pt/C的3.4倍和4.4倍,且稳定性高于Pt3Cd2NCs/C和Pt/C。在甲酸氧化反应中,不同类型的Pt6Cd4M1 NCs/C催化剂均表现出高于Pt/C的催化活性。(2)以油胺和油酸的混合溶剂作为反应的溶剂,十二烷基三甲基氯化铵作为表面活性剂,通过“一锅法”制备Pt-Ni纳米晶。当油胺和油酸体积比为2.5 mL/2.5 mL时得到Pt-Ni二十四面体纳米晶;当油酸和油胺的体积比为4 mL/1 mL时得到Pt-Ni菱形十二面体纳米晶。然后利用醋酸将所制备的Pt-Ni二十四面体纳米晶和Pt-Ni菱形十二面体纳米晶刻蚀成纳米框架并负载到活性碳上,进而考察它们在氧气还原、甲醇/乙醇氧化反应中的电催化性能。实验结果表明,催化氧气还原的面积活性和质量活性顺序为THH Pt-Ni NFs/C>RDH Pt-Ni NFs/C>Pt/C,其中Pt-Ni二十四面体纳米框架的质量活性和面积活性分别达到商业Pt/C的20.9倍和25.9倍。同时,Pt-Ni二十四面体纳米框架和Pt-Ni菱形十二面体纳米框架均表现出比商业的Pt/C更优异的甲醇/乙醇氧化电催化性能。(3)以苯甲醇为溶剂可控制备了不同组分的Ru-Ni夹心纳米片并探究了它们在碱性溶液中的析氢、析氧和水分解反应的催化性能。结果表明,Ru2Ni2夹心纳米片具有最优的析氢和析氧活性,在1 M KOH中,其Tafel斜率和电流密度为10 mA cm-2处的析氢过电位分别为23.1 mV dec-1和40 mV,小于Pt/C和Ir/C的Tafel斜率和过电位。Ru2Ni2夹心纳米片在1 M KOH溶液中10 mA cm-2处析氧过电位小于Pt/C和Ir/C。然后,我们将Ru2Ni2夹心纳米片组成双电极体系并测试其在1 M KOH中的电解水性能,发现其起峰电位为1.45 V,电解40 h后电位仅增大12 mV。(4)利用湿化学方法制备了 MoS2纳米片组装体并研究其在0.5 M H2SO4中的电催化析氢性能。结果发现:N-甲基吡咯烷酮作为溶剂对纳米片组装体的合成至关重要。该纳米片组装体展现出很好的电化学析氢活性,起峰电位为-0.125 V,Tafel斜率为39 mV dec-1。同时,它们还具有很好的催化稳定性,经过1000圈的循环伏安扫描后,其析氢极化曲线没有明显的变化。