Pt基花状形貌催化剂可控合成及其催化性能研究

来源 :内蒙古科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liyazhou
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随着全球经济的快速发展,能源短缺及化石燃料燃烧所造成的环境污染等问题越来越严重,需要清洁能源取代化石燃料。燃料电池因其清洁、高效、无噪声等特点受到广泛关注。目前,燃料电池阳极催化剂主要以贵金属为主,其价格昂贵、储量有限、且催化剂的效率仍然需要进一步提高。因此,提高催化剂的催化效率,提高贵金属的利用率,是亟待解决的科学问题,由于贵金属纳米粒子的催化活性与其粒径尺寸、形貌结构等息息相关,因此,通过控制催化剂形貌,提高催化剂性能成为了重点研究方向。目前合成具有高活性形貌的催化剂的工艺及技术仍处于研究的起步阶段。因此,本文采用油浴法,通过添加聚乙烯毗咯烷酮(PVP)及碘化钾(KI),一步合成了以石墨烯为载体的花状Pt纳米催化剂。为了明确KI浓度对Pt纳米催化剂形貌的影响,采用油浴法以氯铂酸(H2PtCl6?6H2O)为前驱体,乙二醇为溶剂和还原剂,PVP为保护剂,通过控制Pt与KI的摩尔比,制备得到一系列Pt纳米催化剂。用X-射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)对花状Pt纳米催化剂进行表征。发现KI对Pt纳米花的形成起着决定性作用,随KI浓度增加,Pt纳米粒子花瓣逐渐增多,当Pt:KI的摩尔比为1:6时,合成的催化剂花状形貌最完整,电化学测试表明,其对应的催化剂对乙醇的催化氧化活性最优,这说明通过调节控制KI的浓度,可以合成高活性的花状形貌Pt纳米催化剂。为了进一步优化制备工艺,保持Pt与KI的摩尔比为1:6不变,制备了Pt/G(PNF)-140、Pt/G(PNF)-160、Pt/G(PNF)-180催化剂(140℃、160℃、180℃为不同油浴温度),探究了油浴温度对花状Pt纳米催化剂控制合成的影响。通过XRD、TEM和电化学工作站对催化剂进行表征及测试,结果表明,油浴温度160℃是制备花状Pt纳米催化剂的最佳温度,Pt/G(PNF)-160催化剂对乙醇电催化氧化活性最优,其电化学活性表面积为83.44 m2/g,氧化峰电流密度为363.00 A/g,1100 s时的稳态电流密度为78.00 A/g,当循环伏安曲线扫描500圈时,其氧化峰电流密度保持率为71.29%,说明油浴温度也是影响催化剂形貌及催化性能的关键因素。
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