不同氨基酸对钯纳米晶的形成及电催化性能的影响

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燃料电池就是一种能够适应未来能源需求和环境保护要求的理想能源。它具有高效、安全、环境友好、易操作等其他能量发生装置不可比拟的优越性。已经在交通、航天等多个领域展开了应用。但是,目前仍然有一些因素制约着燃料电池的发展,首当其冲的要数燃料电池中的贵金属催化剂。其昂贵的价格制约了燃料电池的发展。因此,降低催化剂成本,提高催化剂的利用率,寻找替代催化剂成为该领域研究的热点。碳纳米管以其独特的表面结构,良好的导电性和稳定性使其可以作为良好的催化剂载体。然而,碳纳米管的化学惰性使其不易于金属的负载,为此,我们需要选择合适的添加剂使碳管表面官能团化,以便使活性金属能够更好的负载在碳管的表面。  本文研究了以碳纳米管为载体,以价格相对低廉的钯作为铂的替代催化剂,通过一定的实验条件,加入不同的氨基酸来修饰碳管,使其在既能保持碳纳米管良好特性定的同时还能改善碳管的化学惰性,较好的吸附活性催化剂金属钯,展现良好的电化学活性。本论文主要研究的内容如下:  1.简述燃料电池的发展史,介绍燃料电池的研究现状,综述燃料电池催化剂的制备方法,以及研究进展。  2.苏氨酸对碳纳米管上钯纳米晶形成的影响和电催化性能研究。以苏氨酸为添加剂,以碳纳米管为载体,水热可控制备出粒径均一、分散均匀的Pd钯纳米晶催化剂。通过对其进行物理性质表征和电催化氧化性能测试,发现在添加剂存在的条件下合成的催化剂活性和稳定性比未加添加剂合成的催化剂明显提高,说明合适的添加剂可以起到调节催化剂颗粒大小和分散性的作用,从而提高了催化剂的电催化性能。  3.精氨酸对碳纳米管上钯纳米晶形成的影响和电催化性能研究。以精氨酸作为添加剂在碳纳米管表面合成了金属钯纳米晶体,研究了精氨酸对Pd纳米晶体的形貌、粒径及其对甲酸和氢氧化的电催化性能的影响。结果表明,在精氨酸的作用下,钯纳米颗粒可以均匀地负载在碳纳米管表面,更有利于粒径小的Pd纳米粒子均匀分布,在相同金属载量情况下,具有更多的活性位点,更有利于氢的电催化氧化。  4.色氨酸对碳纳米管上钯纳米晶形成的影响和电催化性能研究。本章以色氨酸为添加剂修饰碳纳米管作载体,合成了钯纳米晶体,并研究添加剂对钯纳米晶的形貌、粒径以及电催化活性的影响。结果表明,在色氨酸添加剂的作用下,金属钯纳米颗粒分散性较好地负载在碳纳米管表面,并且催化剂活性和稳定性有明显提高。  5.对上述研究结果进行归纳总结。以上述氨基酸作为添加剂修饰碳纳米管能够较好的吸附活性金属钯,同时能够不破坏碳纳米管固有的良好性质,提高钯的分散性和利用率,降低了催化剂的成本的同时展现良好的电化学性质。上述研究为提高碳纳米管负载金属的效率,降低催化剂生产成本提供了新的参考,对燃料电池催化剂的研究做出了应有的贡献。
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