有序介孔碳改性及其负载Pt催化剂的性能研究

论文摘要

本文以可溶性酚醛树脂为碳前驱体、正硅酸乙酯（TEOS）为硅源、F127为模板剂,三组分共组装法制备介孔碳-氧化硅复合材料,并在合成过程中,尝试添加氯化镍,以进一步改善介孔碳负载Pt后的电催化性能。实验发现,经过镍盐改性后,所得介孔碳C-Ni（15）具有较好的结构性能,其BET比表面积可达1220.2 m2/g,总孔容1.13 cm3/g,孔径约为5.1 nm。以此为载体经微波法负载Pt微粒后,其对吸附氢的电催化性能最优,电化学活性面积可达78.5 m2/g。本文还采用无TEOS的直接模板法合成出了具二维六方结构的介孔碳。已有的研究表明,直接模板法所得介孔碳负载Pt后的电催化性能较差,为此,本文尝试在制备过程中添加适量的氯化镍。经过对比实验可以看出,采用微波法负载Pt时,随着镍量的增多所得催化剂中铂微粒的分散性得到了明显提高,其电化学活性面积从未加氯化镍时的21.8 m2/g增加到107.8 m2/g（Pt-C-5-MW）。本文还尝试采用固相法制备催化剂,实验发现未加镍盐时电化学活性面积约为43.2 m2/g,但随着镍含量的增加,催化性能并未获得较大改善。以上研究表明,介孔碳中存在适量的异质氧化物,可能有利于Pt/C的电催化性能的改善。为此,本文结合三组分共组装法和直接模板法的优缺点,以直接模板法为主体,在制备过程中添加少量的TEOS以改善介孔碳的负载性能及其电催化性能。结果表明,以其为载体所得催化剂的电化学活性面积高达63.9 m2/g [CS-（0.5）],其值已与三组分共组装所得催化剂的相当,且由于制备步骤的大为简化,可以预见这种方法可能具有更大的应用前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 新型碳材料
• 1.2 有序介孔碳材料的研究进展
• 1.2.1 介孔材料概述
• 1.2.2 有序介孔材料及其合成
• 1.2.3 有序介孔碳
• 1.3 介孔碳的应用
• 1.3.1 介孔碳自身的应用
• 1.3.2 介孔碳的贵金属负载及其应用
• 1.4 本课题的研究内容
• 第二章 C-Si 纳米复合物的辅助催化合成及其介孔碳结构和性能
• 2.1 引言
• 2.2 实验内容
• 2.2.1 实验试剂与仪器
• 2.2.2 三组分共组装合成有序介孔碳
• 2.2.3 微波法合成介孔碳负载Pt 催化剂
• 2.2.4 材料的结构和电化学性能测试
• 2.3 实验结果与分析
• 2.3.1 材料的结构分析
• 2.3.2 催化剂的结构分析
• 2.3.3 催化剂的电化学性能分析
• 2.4 煅烧温度对催化剂性能的影响
• 2.5 本章小结
• 第三章 直接模板法C-C 复合物的辅助催化合成及其负载Pt 性能的研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验所用试剂与仪器
• 3.2.2 C-C 复合介孔碳材料的合成
• 3.2.3 合成介孔碳负载Pt 催化剂
• 3.2.4 材料的结构和性能测试
• 3.3 实验结果与分析
• 3.3.1 材料的结构分析
• 3.3.2 材料的电化学性能分析
• 3.4 煅烧环境对催化剂性能的影响
• 3.5 本章小结
• 第四章 直接模板法C-Si 纳米复合物的合成及其微波法负载Pt 性能
• 4.1 引言
• 4.2 实验内容
• 4.2.1 实验试剂与仪器
• 4.2.2 直接模板法合成介孔碳-氧化硅纳米复合物
• 4.2.3 微波法合成介孔碳-氧化硅负载Pt 催化剂
• 4.2.4 材料的结构和性能测试
• 4.3 实验结果与分析
• 4.3.1 材料的结构分析
• 4.3.2 催化剂的结构分析
• 4.3.3 催化剂的电化学性能分析
• 4.3.4 去除模板后的分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 总结和展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文