基于类普鲁士蓝前驱体制备的金基复合催化剂在硼氢化钠电催化氧化中的应用研究

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BH4-电催化氧化是直接硼氢化钠燃料电池(DBFC)的主要阳极反应,也是影响DBFC性能的因素之一。贵金属Au催化剂对BH4-电催化氧化过程可以获得接近8e-反应,具有较高的库伦效率,是比较理想的BH4-电氧化催化剂。但是其反应动力学过程较慢,而且价格昂贵并不能大范围的使用,制约了DBFC商业化的发展。本论文中通过氮掺杂碳包覆不同过渡金属合金以及不同的Au担载方式制备了不同形貌的多金属复合催化剂并研究了其对BH4-的电催化氧化活性。主要研究内容如下:(1)以Ni3[Fe(CN)6]2类普鲁士蓝为前驱体经退火得到Ni Fe@CN纳米粒子,以此作为Au催化剂的助催化剂得到Au/Ni Fe@CN/C复合催化剂,对催化剂材料的晶相组成及表面形貌结构采用TEM和XRD进行了表征,发现Au纳米粒子与Ni Fe@CN纳米球均匀分布在碳黑载体上。通过电化学测试研究了Au/Ni Fe@CN/C催化剂对BH4-的电催化氧化活性,发现Au(50)Ni Fe@CN(50)/C催化剂表现出最佳的电催化活性,其对BH4-电催化氧化的峰电流密度可达到50.9m A cm-2,电子转移数可达到7.3与Au催化剂转移电子数的理论值相当。(2)以Co3[Fe(CN)6]2类普鲁士蓝为前驱体经退火得到Co Fe@CN纳米粒子,以此作为Au催化剂的助催化剂得到Au/Co Fe@CN/C复合催化剂,对催化剂材料的晶相组成及表面形貌结构采用TEM和XRD进行了表征,发现Au纳米粒子全部担载在Co Fe@CN纳米球表面。通过电化学测试研究了Au/Co Fe@CN/C催化剂对BH4-的电催化氧化活性,其中Au(50)Co Fe@CN(50)/C催化剂表现出最佳的电催化活性,其对BH4-电催化氧化的峰电流密度可达到48.8m A cm-2,电子转移数可达到6.4。此外,Au/Co Fe@CN/C催化剂相较于Au/Ni Fe@CN催化剂对BH4-的水解反应有明显的抑制作用。(3)以Mn3[Fe(CN)6]2类普鲁士蓝为前驱体经退火得到Fe Mn@CN纳米粒子,以此作为Au催化剂的助催化剂得到Au/Fe Mn@CN/C复合催化剂,对催化剂材料的晶相组成及表面形貌结构采用TEM和XRD进行了表征,发现Au纳米粒子完全包覆在Fe Mn@CN纳米球表面。通过电化学测试发现虽然Fe、Mn对BH4-的电催化氧化活性较低,但这种特殊的核壳结构以及多金属协同作用可以明显提高Au催化剂的电催化活性。
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