室温辉光放电电子还原制备贵金属复合体及催化剂研究9787568606967

第一章概述

1.1 引言·

1.2等离子体技术及应用

1.3质子交换膜燃料电池的研究现状

1.4 PEMFC电催化剂的研究现状

1.5多肽自组装的研究现状

第二章室温辉光放电电子还原在阳极氧化铝（AAO）表面制备

Ag纳米颗粒复合体的研究

2.1 引言

2.2实验部分

2.3实验结果与讨论

2.4小结

第三章室温辉光放电电子还原制备Pt/C催化剂的研究…

3.1 引言

3.2实验部分

3.3

Pt/C-E样品的表征·

3.4电化学评价

3.5小结

第四章 多肽辅助室温辉光放电电子还原制备Pt/C催化剂的

研究4.1 引言

4.2实验部分

4.3实验结果与讨论

4.4电化学评价

4.5小结

第五章室温辉光放电电子还原制备PtPd/C催化剂的研究……115

5.1引言

5.2实验部分

5.3PtPd/C样品的表征

5.4电化学评价

5.5小结

第六章室温电子还原法制备Pd/ZSM-22催化剂及其加氢异构化反应性能研究

6.1引言

6.2实验部分

6.3室温电子还原方法制备的Pd/ZSM-22催化剂的物化性质及反应性能

6.4硅铝比对Pd/ZSM-22催化剂的物化性质及反应性能的影响…161

6.5小结

结论

参考文献

第一章概述

1.1 引言

自从进入21世纪，随着经济的持续发展和人民生活质量的不断提高，全世界对能源的需求持续增加。在未来的20年里，人们对能源的消耗量将保持指数增长，特别是在交通领域的增长最为强劲，如图1-1所示。然而，由于现在仍以煤、石油和天然气等化石燃料作为主要的支柱能源，由能源需求量的不断增加而引发的一系列能源环境问题也将愈发严峻。因此，随着科学技术的迅猛发展，寻找更有效的能源利用方式以提高氢能等可再生能源的利用率，将成为解决能源环境问题的有效途径。

作为利用氢能的最佳途径，燃料电池（FC）被认为是当今首选的发电技术，并成为全世界重要的研究热点之一。它以氢气为燃料，通过电化学原理直接将氢气和氧气的化学能转化为电能。由于避免了燃烧过程，燃料电池在发电过程中不受卡诺循环的限制，故实际能量转化率可达50%左右。若考虑到余热利用等其他节能技术，其能量转化率甚至超过90%。同时，燃料电池的排放物基本只有水，使得它又具有环境友好性的优点。

目前，制约燃料电池技术广泛应用的主要因素仍是因采用贵金属催化剂而导致的制造成本居高不下。以PEMFC为例，公认的最佳催化剂是铂碳催化剂，但是其较差的反应动力学和稳定性导致Pt的使用量仍然很大。因此，有关燃料电池研发的一个重要领域便是寻找有效的替代催化剂，以大幅降低燃料电池的制造成本。

近年来，笔者课题组发现冷等离子体在催化剂制备过程中表现出独特的优势。冷等离子体作为一种室温操作的绿色技术，可以有效分解前驱体盐或还原金属离子，以制备金属催化剂。冷等离子体处理还可以通过调变催化剂金属纳米颗粒的粒径、形貌等特性，从而显著提高催化剂的催化性能，使之获得优异的催化活性和稳定性，如辉光放电电子还原处理的Pt-Peptide催化剂便具有显著的光催化活性。因此，利用等离子体技术制备高性能催化剂的研究将为燃料电池催化剂的制备提供新的思路。本书基于这个思路而展开，首先利用等离子体技术合成一系列Pt基催化剂，进而通过全面的表征评价工作探讨等离子体技术对催化剂性能的影响，从而为其推广应用提供实验上的基础。

1.2等离子体技术及应用

1.2.1等离子体简介

作为物质除固体、液体和气体之外的第四种存在状态，“等离子体”这一概念由美国科学家Langmuir首次提出。当外界通过火焰或电子束等方式向气体物质持续提供能量时，中性的气体物质会被电离或解离成离子、电子和自由基等粒子。这种由基态或激发态的原子、分子、离子、电子和自由基等粒子组成的集合体，由于其宏观上因正负电荷数相等而显电中性，故被称为等离子体。在地球表面，由于地表温度和压力太低，等离子体难以形成。只有在少数极端条……

本书利用辉光放电电子还原在添加生物助剂以及掺杂Pd元素等不同条件下，制备了一系列经过改进的铂基催化剂，并全面分析总结了由结构形貌不同而导致的活性、稳定性显著提高的原因。本书首先讨论了利用辉光放电电子还原于硬模板阳极氧化铝(AAO)表面制备贵金属纳米颗粒的可行性。研究结果说明，在没有保护剂、分散剂等有机试剂的影响下，通过辉光放电电子还原制备贵金属纳米颗粒，可以更本征准确地分析其性质与纳米颗粒之间的关系，这也为通过辉光放电电子还原制备Pt基催化剂的研究提供了基础。之后，本书讨论了利用辉光放电电子还原制备的Pt/C-E催化剂在氧还原反应上的评价结果。催化剂表征发现经等离子体还原得到的Pt纳米颗粒粒径会随载量的改变而产生微小的变化，同时其暴露晶面基本以(111)晶面为主，并含有少量的(200)晶面。正是这两点特性导致其与氧的晶面结合能显著降低，进而提高了其催化活性和稳定性。在本书中，借助多肽KLVFF，利用辉光放电电子还原制备的Pt(111)-P/C催化剂具有优异的ORR催化活性和稳定性。催化剂中的Pt纳米颗粒暴露晶面几乎全部为(111)晶面，同时粒径仅有2nm左右，且不随载量的变化而改变。这样的粒径形貌特性使其获得了最小的与氧的晶面结合能。此外，多肽的引入不仅显著增加了催化剂对电子的传递速率，碳载体上也被掺杂氮元素，从而进一步提高了对氧气的吸附能力。这一系列的改进使该催化剂获得了优异的催化活性和稳定性，同时也为制备电化学催化剂提供了新的思路，更是为分析不同晶面的本征氧还原反应动力学提供了强有力的支持。