本文主要研究内容
作者郭瑞轲（2019）在《负载临界铂含量的纳米电催化剂在稀酸中的析氢性能与机理研究》一文中研究指出：能源危机是现在社会发展需要面临的重要问题,研究开发可替代化石燃料的新型清洁能源势在必行。氢能就是一种可再生的清洁能源。电催化分解水是一种重要的制氢技术。Pt和Pt基催化剂对于分解水制氢具有极高的催化活性。制备含有少量Pt的高效催化剂对于分解水制氢具有重要意义。本学位论文分别用不同的方法制备了几种负载有临界Pt含量的AuPt合金纳米材料,对制得的纳米材料进行了电催化析氢性能测试,以甲酸为探针分子,证明催化剂中的Pt以高分散状态存在。并根据电催化析氢活性,结合理论计算结果,提出了具有临界Pt含量的纳米AuPt合金电极表面上析氢反应的新机理。主要内容如下:1.以本课题组制得的纳米多孔金膜（NPGF）电极为工作电极,采用原位电化学循环伏安法,在NPGF膜表面合金化修饰少量高分散的Pt原子,得到NPGF-t-Pt电极。此方法主要是利用Pt对电极在硫酸溶液中,通过阳极极化作用会出现微量氧化和溶解,经循环伏安扫描可以将阳极溶解的微量Pt原子合金化修饰到工作电极上,进而得到NPGF-t-Pt电极。通过改变循环伏安圈数可以控制NPGF电极上修饰Pt原子的量。当NPGF-t-Pt中Pt的含量达到5 at.%（临界含量）左右时,在酸性溶液中的电催化析氢性能接近于大量修饰Pt的NPGF电极（NPGF-m-Pt）。Tafel斜率为33 mV dec?1,在?0.043 V（vs.RHE）下,具有稳定的析氢性能,测试6 h后,析氢电流密度(13 mA cm?2左右)基本保持不变。2.在水溶液中,以柠檬酸钠为还原剂和稳定剂,一步还原得到一系列含有不同Au/Pt比的AuPt合金溶胶。通过控制柠檬酸钠加入量得到具有不同粒径的Au95Pt5纳米粒子。将得到的合金溶胶修饰到光滑的玻碳电极表面,进行析氢性能测试。发现当纳米粒子的粒径为14.2 nm时,Au95Pt5/GC具有最优的催化HER性能。当Pt的含量达到临界值（5 at.%）时,Au95Pt5/GC即具有接近于Pt/GC电极的催化HER活性。析氢电流密度为10 mA cm?2时,极化电势为?31 mV（vs.RHE）,Tafel斜率为30 mV dec?1。此结果进一步证明了可以在保证催化剂活性的情况下,通过降低催化剂中Pt的含量来降低催化剂的成本。3.采用一步水热法,在高温高压下,利用氧化石墨烯（GO）表面含氧官能团与AuCl4?、PtCl62?之间发生的氧化还原反应,同时实现GO到rGO的转变和AuPt合金纳米粒子的形成,得到负载有AuPt合金纳米粒子的还原氧化石墨烯（AuPt NPs/rGO）催化剂。对此催化剂进行了电催化HER性能测试。发现Au95Pt5 NPs/rGO具有优异的催化HER性能,电流密度为10 mA cm?2时的析氢电势为?35 mV（vs.RHE）,Tafel斜率为29 mV dec?1。而且还具有良好的HER稳定性和耐久性。这项工作提供了一种简便、快速、绿色的催化剂制备方法,而且此催化剂中Pt的含量较少,可以有效降低催化剂的成本,是一种有效节约Pt的方法。4.首次使用以锌为中心离子的沸石咪唑酯骨架结构材料（Zn-ZIF）作为分散剂和模板剂制备得到了负载有AuPt合金纳米粒子的分级多孔氮掺杂rGO(Au95Pt5-PNrGO)催化剂。金的咪唑盐（AuCl3-Im）和PtCl62?首先通过溶剂化作用进入到ZIFs的孔状结构中,随后氧化石墨烯包覆在ZIFs表面。在H2SO4溶解中进行电化学还原时,Zn-ZIF会首先溶解在酸中,同时释放出吸附在其孔状结构中的AuCl3-Im和PtCl62?,随后,释放出的AuCl3-Im和PtCl62?会被电化学还原成AuPt合金纳米粒子,分散在Zn-ZIF溶解和电化学还原的过程中形成的分级多孔rGO表面。在此过程中,ZIFs主要有三个作用:一是做为多孔状模板,用来封装AuCl3-Im和PtCl62-,以便形成均匀高分散的AuPt合金纳米粒子;二是做为可溶性模板,溶解后形成分级多孔rGO;三是为催化剂提供N源,溶解后释放出的Im会吸附在AuPt纳米粒子和rGO上,形成氮掺杂碳材料。与商业20%Pt/C相比,Au95Pt5-PNrGO在酸性溶液中具有更优异的析氢催化性能,电流密度为10 mA cm?2时,析氢极化电势为?22 mV（vs.RHE）,Tafel斜率为18 mV dec?1,同时具有良好的析氢稳定性。催化剂中氮掺杂rGO的电子效应、分级多孔结构的孔隙效应、AuPt合金中的Au基底效应都有利于提高催化剂的析氢活性。5.结合前几章研究结果,我们发现当AuPt合金纳米粒子中的Pt含量达到5 at.%左右时,制备得到的催化剂即具有接近于纯Pt的HER催化活性。因此我们根据实验中优化得到的AuPt合金中Au/Pt原子比95:5,构建了Au/Pt原子比为95:5的表面均匀嵌入单个Pt原子的Au（Ⅲ）晶面模型,结合密度泛函理论,计算析氢过程中Hads在不同原子吸附位上的吸附能,提出了含有高分散Pt原子的AuPt合金表面上的析氢反应新机理,揭示AuPt合金上的析氢机理与纯Pt上的有所不同。除了经典酸性溶液中析氢的基元反应外,AuPt合金中高分散的Pt原子上还可发生双Volmer反应,过饱和吸附Hads,过饱和吸附的Hads可溢流至相邻的Au原子上,并在Au基底上进行扩散。由于Au原子对Hads的吸附能较弱,Au原子上的Hads非常容易解吸生成H2。单个Pt原子上的双Volmer反应和相邻Au-Pt/Au-Au原子上的Tafel反应都有利于提高AuPt合金纳米材料的催化析氢性能。临界含量的单铂原子-金载体催化剂上新的析氢反应机理的提出,为金属单原子-载体催化上反应机理的研究提供了新思维。
Abstract
neng yuan wei ji shi xian zai she hui fa zhan xu yao mian lin de chong yao wen ti ,yan jiu kai fa ke ti dai hua dan ran liao de xin xing qing jie neng yuan shi zai bi hang 。qing neng jiu shi yi chong ke zai sheng de qing jie neng yuan 。dian cui hua fen jie shui shi yi chong chong yao de zhi qing ji shu 。Pthe Ptji cui hua ji dui yu fen jie shui zhi qing ju you ji gao de cui hua huo xing 。zhi bei han you shao liang Ptde gao xiao cui hua ji dui yu fen jie shui zhi qing ju you chong yao yi yi 。ben xue wei lun wen fen bie yong bu tong de fang fa zhi bei le ji chong fu zai you lin jie Pthan liang de AuPtge jin na mi cai liao ,dui zhi de de na mi cai liao jin hang le dian cui hua xi qing xing neng ce shi ,yi jia suan wei tan zhen fen zi ,zheng ming cui hua ji zhong de Ptyi gao fen san zhuang tai cun zai 。bing gen ju dian cui hua xi qing huo xing ,jie ge li lun ji suan jie guo ,di chu le ju you lin jie Pthan liang de na mi AuPtge jin dian ji biao mian shang xi qing fan ying de xin ji li 。zhu yao nei rong ru xia :1.yi ben ke ti zu zhi de de na mi duo kong jin mo （NPGF）dian ji wei gong zuo dian ji ,cai yong yuan wei dian hua xue xun huan fu an fa ,zai NPGFmo biao mian ge jin hua xiu shi shao liang gao fen san de Ptyuan zi ,de dao NPGF-t-Ptdian ji 。ci fang fa zhu yao shi li yong Ptdui dian ji zai liu suan rong ye zhong ,tong guo yang ji ji hua zuo yong hui chu xian wei liang yang hua he rong jie ,jing xun huan fu an sao miao ke yi jiang yang ji rong jie de wei liang Ptyuan zi ge jin hua xiu shi dao gong zuo dian ji shang ,jin er de dao NPGF-t-Ptdian ji 。tong guo gai bian xun huan fu an juan shu ke yi kong zhi NPGFdian ji shang xiu shi Ptyuan zi de liang 。dang NPGF-t-Ptzhong Ptde han liang da dao 5 at.%（lin jie han liang ）zuo you shi ,zai suan xing rong ye zhong de dian cui hua xi qing xing neng jie jin yu da liang xiu shi Ptde NPGFdian ji （NPGF-m-Pt）。Tafelxie lv wei 33 mV dec?1,zai ?0.043 V（vs.RHE）xia ,ju you wen ding de xi qing xing neng ,ce shi 6 hhou ,xi qing dian liu mi du (13 mA cm?2zuo you )ji ben bao chi bu bian 。2.zai shui rong ye zhong ,yi ning meng suan na wei hai yuan ji he wen ding ji ,yi bu hai yuan de dao yi ji lie han you bu tong Au/Ptbi de AuPtge jin rong jiao 。tong guo kong zhi ning meng suan na jia ru liang de dao ju you bu tong li jing de Au95Pt5na mi li zi 。jiang de dao de ge jin rong jiao xiu shi dao guang hua de bo tan dian ji biao mian ,jin hang xi qing xing neng ce shi 。fa xian dang na mi li zi de li jing wei 14.2 nmshi ,Au95Pt5/GCju you zui you de cui hua HERxing neng 。dang Ptde han liang da dao lin jie zhi （5 at.%）shi ,Au95Pt5/GCji ju you jie jin yu Pt/GCdian ji de cui hua HERhuo xing 。xi qing dian liu mi du wei 10 mA cm?2shi ,ji hua dian shi wei ?31 mV（vs.RHE）,Tafelxie lv wei 30 mV dec?1。ci jie guo jin yi bu zheng ming le ke yi zai bao zheng cui hua ji huo xing de qing kuang xia ,tong guo jiang di cui hua ji zhong Ptde han liang lai jiang di cui hua ji de cheng ben 。3.cai yong yi bu shui re fa ,zai gao wen gao ya xia ,li yong yang hua dan mo xi （GO）biao mian han yang guan neng tuan yu AuCl4?、PtCl62?zhi jian fa sheng de yang hua hai yuan fan ying ,tong shi shi xian GOdao rGOde zhuai bian he AuPtge jin na mi li zi de xing cheng ,de dao fu zai you AuPtge jin na mi li zi de hai yuan yang hua dan mo xi （AuPt NPs/rGO）cui hua ji 。dui ci cui hua ji jin hang le dian cui hua HERxing neng ce shi 。fa xian Au95Pt5 NPs/rGOju you you yi de cui hua HERxing neng ,dian liu mi du wei 10 mA cm?2shi de xi qing dian shi wei ?35 mV（vs.RHE）,Tafelxie lv wei 29 mV dec?1。er ju hai ju you liang hao de HERwen ding xing he nai jiu xing 。zhe xiang gong zuo di gong le yi chong jian bian 、kuai su 、lu se de cui hua ji zhi bei fang fa ,er ju ci cui hua ji zhong Ptde han liang jiao shao ,ke yi you xiao jiang di cui hua ji de cheng ben ,shi yi chong you xiao jie yao Ptde fang fa 。4.shou ci shi yong yi xin wei zhong xin li zi de fei dan mi zuo zhi gu jia jie gou cai liao （Zn-ZIF）zuo wei fen san ji he mo ban ji zhi bei de dao le fu zai you AuPtge jin na mi li zi de fen ji duo kong dan can za rGO(Au95Pt5-PNrGO)cui hua ji 。jin de mi zuo yan （AuCl3-Im）he PtCl62?shou xian tong guo rong ji hua zuo yong jin ru dao ZIFsde kong zhuang jie gou zhong ,sui hou yang hua dan mo xi bao fu zai ZIFsbiao mian 。zai H2SO4rong jie zhong jin hang dian hua xue hai yuan shi ,Zn-ZIFhui shou xian rong jie zai suan zhong ,tong shi shi fang chu xi fu zai ji kong zhuang jie gou zhong de AuCl3-Imhe PtCl62?,sui hou ,shi fang chu de AuCl3-Imhe PtCl62?hui bei dian hua xue hai yuan cheng AuPtge jin na mi li zi ,fen san zai Zn-ZIFrong jie he dian hua xue hai yuan de guo cheng zhong xing cheng de fen ji duo kong rGObiao mian 。zai ci guo cheng zhong ,ZIFszhu yao you san ge zuo yong :yi shi zuo wei duo kong zhuang mo ban ,yong lai feng zhuang AuCl3-Imhe PtCl62-,yi bian xing cheng jun yun gao fen san de AuPtge jin na mi li zi ;er shi zuo wei ke rong xing mo ban ,rong jie hou xing cheng fen ji duo kong rGO;san shi wei cui hua ji di gong Nyuan ,rong jie hou shi fang chu de Imhui xi fu zai AuPtna mi li zi he rGOshang ,xing cheng dan can za tan cai liao 。yu shang ye 20%Pt/Cxiang bi ,Au95Pt5-PNrGOzai suan xing rong ye zhong ju you geng you yi de xi qing cui hua xing neng ,dian liu mi du wei 10 mA cm?2shi ,xi qing ji hua dian shi wei ?22 mV（vs.RHE）,Tafelxie lv wei 18 mV dec?1,tong shi ju you liang hao de xi qing wen ding xing 。cui hua ji zhong dan can za rGOde dian zi xiao ying 、fen ji duo kong jie gou de kong xi xiao ying 、AuPtge jin zhong de Auji de xiao ying dou you li yu di gao cui hua ji de xi qing huo xing 。5.jie ge qian ji zhang yan jiu jie guo ,wo men fa xian dang AuPtge jin na mi li zi zhong de Pthan liang da dao 5 at.%zuo you shi ,zhi bei de dao de cui hua ji ji ju you jie jin yu chun Ptde HERcui hua huo xing 。yin ci wo men gen ju shi yan zhong you hua de dao de AuPtge jin zhong Au/Ptyuan zi bi 95:5,gou jian le Au/Ptyuan zi bi wei 95:5de biao mian jun yun qian ru chan ge Ptyuan zi de Au（Ⅲ）jing mian mo xing ,jie ge mi du fan han li lun ,ji suan xi qing guo cheng zhong Hadszai bu tong yuan zi xi fu wei shang de xi fu neng ,di chu le han you gao fen san Ptyuan zi de AuPtge jin biao mian shang de xi qing fan ying xin ji li ,jie shi AuPtge jin shang de xi qing ji li yu chun Ptshang de you suo bu tong 。chu le jing dian suan xing rong ye zhong xi qing de ji yuan fan ying wai ,AuPtge jin zhong gao fen san de Ptyuan zi shang hai ke fa sheng shuang Volmerfan ying ,guo bao he xi fu Hads,guo bao he xi fu de Hadske yi liu zhi xiang lin de Auyuan zi shang ,bing zai Auji de shang jin hang kuo san 。you yu Auyuan zi dui Hadsde xi fu neng jiao ruo ,Auyuan zi shang de Hadsfei chang rong yi jie xi sheng cheng H2。chan ge Ptyuan zi shang de shuang Volmerfan ying he xiang lin Au-Pt/Au-Auyuan zi shang de Tafelfan ying dou you li yu di gao AuPtge jin na mi cai liao de cui hua xi qing xing neng 。lin jie han liang de chan bo yuan zi -jin zai ti cui hua ji shang xin de xi qing fan ying ji li de di chu ,wei jin shu chan yuan zi -zai ti cui hua shang fan ying ji li de yan jiu di gong le xin sai wei 。
论文参考文献
论文详细介绍
论文作者分别是来自湖南师范大学的郭瑞轲，发表于刊物湖南师范大学2019-10-31论文，是一篇关于合金论文,临界铂含量论文,纳米材料论文,阴极析氢论文,表面反应机理论文,湖南师范大学2019-10-31论文的文章。本文可供学术参考使用，各位学者可以免费参考阅读下载，文章观点不代表本站观点，资料来自湖南师范大学2019-10-31论文网站，若本站收录的文献无意侵犯了您的著作版权，请联系我们删除。
标签：合金论文; 临界铂含量论文; 纳米材料论文; 阴极析氢论文; 表面反应机理论文; 湖南师范大学2019-10-31论文;