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贵金属纳米材料在能源,机械,化工,电子,冶金和交通等重要行业发挥重要的作用,吸引了研究者广泛的关注。其中Pt和Pt基纳米材料因具有构型丰富、粒径均匀,催化活性多样性和优良的选择性等特性,是燃料电池,传感器,以及聚合物的氢化,石油和汽车行业至关重要的催化剂。Pt和Pt基纳米材料作为催化剂在甲醇燃料电池中的应用最为广泛,特别是在燃料电池的商业化中起着决定性的作用。目前,尽管已有研究报道合成出了高比表面积、高催化性能和稳定性的Pt和Pt基催化剂,但制备方法相对来说都比较复杂,成本较高且不易规模化。开发简便的方法合成出具有优异性能的Pt催化剂,成为研究的焦点。针对这一研究目标,本文做了以下的工作:
1.在没有引进任何表面活性剂、模板或种子的条件下,利用微波辅助苯甲醇还原氯铂酸,制备出具有特殊三维网络状纳米孔结构的Pt催化剂(PNNs)。我们通过设计合理的平行实验详细地研究了PNNs的形成机理,并在文中提出了三维网状纳米孔结构的“定向附着”生长机理。并在硫酸体系中对各种条件下制备的样品进行催化氧化甲醇性能测试,结果表明,苯甲醇还原体系中得到的PNNs材料在酸性条件下对甲醇的催化氧化能力最强,正向电位扫描时在0.65V出现的阳极电流峰值为0.32Amg-1,这是商用Pt/C催化材料(0.12Amg-1)的2.7倍。我们的实验方案中苯甲醇同时作为还原剂和结构导向剂,合成方法简便并具有高度的可重现性。这项研究为今后合成类似多孔金属或铂合金提供了思路。
2.在不使用模板的实验条件下,以乙酰丙酮镍和二氯四氨合铂为前躯体,以苯甲醇为溶剂和还原剂,微波辅助制备出具有空心笼状结构的纳米PtNi合金(PNHNs)。通过对不同的反应时间的样品进行形貌分析,对PNHNs的形成机理进行了初步探讨。文中比较了不同反应时间样品在硫酸体系中电催化氧化甲醇的性能,其中反应60min时得到的具有空心纳米笼状结构的PtNi合金的催化氧化性能最佳,正向扫描在电位为0.71V处出现的阳极电流峰值为0.389Amg-1,为商用Pt/C催化材料的3.2倍。高催化活性的主要原因来自于中空并且壁上多孔的纳米笼状结构,比表面积更大且具有更多的催化氧化甲醇的活性位点。