文档介绍：活性碳纤维负载纳米铂催化材料的制备专业:高分子化学与物理硕士生:周鑫指导教师:陈水挟教授摘要燃料电池由于具有高能量转化效率、零污染等优点,被认为是未来最理想的动力能源装置之一,其技术适用于固定能源供给和运输工具等技术领域。然而, 至今为止,燃料电池仍未得到广泛应用。这是由于燃料电池的电极仍采用Pt/C 电极催化剂,而Pt的储量稀少,价格昂贵,使得燃料电池的成本居高不下,制约燃料电池产业化发展。目I;{『,大量的研究围绕着降低Pt的用量、提高Pt的催化效率、或开发非Pt系列催化剂展开,以达到降低燃料电池成本的目的。其中,燃料电池催化剂的载体材料对Pt的催化效率有重要影响。活性碳纤维(ACF)具有巨大的比表面积,低电阻,高的稳定性及自身氧化还原能力等优势,有望成为燃料电池催化剂的良好载体材料。为此,本论文以ACF为载体, 丌展制备高分散、均匀分布的纳米Pt颗粒的Pt/ACF催化电极材料的研究。通过制备条件的控制和ACF的改性,研究溶液条件和材料结构对Pt的负载量及其分散性的影响,探索能够有效控制Pt的负载量,晶粒大小及其分散性的制备技术。从而有效降低Pt的用量,提高Pt的催化效率。论文考察了溶液的pH值、反应温度、反应时问等条件对ACF还原吸附Pt(IV) 的容量、吸附速率的影响;研究了助还原剂对ACF吸附还原Pt(IV)能力的影响; 利用HN03、水合联胺、二乙烯三胺对ACF进行表面化学改性,研究了改性ACF 对Pt(IV)的还原吸附特征。同时,还利用扫描电镜和透射电镜观察Pt在纤维上的形貌及分散情况,利用X射线衍射法估算了Pt的晶体大小,用循环伏安法表征了Pt/ACF催化剂的电化学性能。实验结果表明:(1)ACF在酸性条件下比在碱性条件下显示出更好的吸附还原能力,这是因为Pt溶液的pH值直接影响Pt(IV)的络合形态及纤维的吸附性能。(2)ACF在2h左右就可以达到吸附还原的平衡。当Pt溶液的初始浓度较低时,ACF可以将其中的Pt0V)几乎完全地吸附在纤维上,但纤维的饱和吸附量较低,负载Pt量仅有100mg/g左右,且以离子态为主。(3)使用甲醛、水合联胺等助还原剂可以提高Pt的负载量并促进将Pt(Iv)还原成会属单质。通过使用助还原剂协同还原ACF还原吸附Pt,ACF对Pc的负载量可达到460mg,g。实验结果表明,助还原剂的还原能力越强,其对Pt(IV)的还原速率越大,所得到的被还原的会属Pt晶粒越大。使用浓度为40%的水合联胺为助还原剂,可以将 Pt高分散地负载在纤维上。(4)热处理过程对负载在ACF上的Pt的化学态及晶粒大小有很大影响。热处理可以促进ACF还原被吸附在纤维上的Pc(IV);随热处理温度的升高,Pt晶体不断完善,晶粒逐渐增长。通过控制热处理温度并使用适当的助还原剂,可制得晶粒在3~23nm范围内高分散的Pt/ACF催化材料。 ACF的化学改性可以改变纤维表面的官能团的种类与数量,从而改变ACF 对Pt(IV)的交换吸附容量。强氧化剂FIN03改性ACF可以使纤维表面的含氧基团增加,ACF对PI(IV)t的还原吸附能力降低;通过使用水合联胺和二乙烯三胺在ACF表面引入含氮基团,ACF对Pt的吸附容量大大提高,且ACF对Pt(IV) 的还原能力也相应提高,在常温下,改性后的ACF就可把大部分的Pt(IV)还原为金属单质。Pt晶粒均匀地分散在ACF表面,且粒晶较小。循环伏安分析表明, 该Pt/ACF在酸性条件下对甲醇有一定的催化氧化能力。关键词:活性碳纤维,催化剂载体,铂,燃料电池 Preparation ofPlatinum Nanoparticles Supported on Activated Carbon Fibers as catalytic material Major:Polymer Chemistry and Physics Master Candidate:ZhOH Xin Supervisor:Professor Chen Shui—xia ABSTRACT Fuel cellas anew clean energy hasmany outstanding merits such ashi。曲 efficiency and no isregarded as the most idealenergy ofthefuture celltechnology isnow ing applicable for alargevariety oftechnical areasincluding stationary power suppliesandelectro—, thepreparation tec