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摘 要

本课题制备新型铂基电催化剂，通过对高分子聚合物球进行碳化、造孔和氮掺杂等改性处理制备功能化型催化剂载体。利用功能型碳球载体吸附金属离子，通过还原过程制备出新型Pt合金杂化碳微球甲醇氧化电催化剂。以功能性的微孔碳为载体，利用Pt合金化制备出PtCu和PtNi合金催化剂，采用透射电子显微镜(TEM)、XRD和循环伏安法和计时电流法表征和测试催化剂的结构和电催化性能。优化相关功能化和合金化的合成条件，制备出高催化活性、高的稳定性和抗中毒性能的催化剂，为甲醇氧化反应催化剂的设计提供新的研究思路。

关键词：铂基复合材料 直接甲醇燃料电池 铂基催化剂 碳载体 电催化

Abstract

This subject prepared a new platinum-based electrocatalyst, the functionalized catalyst carrier is prepared by carrying out modification treatments such as carbonization, pore formation and nitrogen doping on the polymer ball. A functional carbon ball carrier is used to adsorb metal ions, and a new Pt alloy hybrid carbon microsphere methanol oxidation electrocatalyst is prepared through a reduction process. Using functional microporous carbon as a carrier, PtCu and PtNi alloy catalysts were prepared by Pt alloying, and the structure and electrocatalytic performance of the catalyst were characterized and tested by transmission electron microscopy (TEM), XRD, cyclic voltammetry and chronoamperometry. Optimize the synthesis conditions of related functionalization and alloying to prepare a catalyst with high catalytic activity, high stability and anti-poisoning performance, which provides new research ideas for the design of methanol oxidation catalysts.

Keywords: Platinum-based composite materials Direct methanol fuel cell

Platinum-based catalyst Carbon carrier Electrocatalysis

新型铂基复合材料的制备及其在电催化中的应用 1

摘要 1

Abstract 2

第一章 绪论 6

1.1 研究背景 6

1.2 直接甲醇燃料电池(DMFC)概述 6

1.3 直接甲醇燃料电池(DMFC)工作原理 6

1.4 铂基催化剂的载体 8

1.4.1 金属氧化物载体 8

1.4.2 沸石分子筛载体 8

1.4.3 炭材料载体 8

1.4.4 其他材料载体 8

1.5 铂基催化剂纳米结构 8

1.5.1 Pt纳米粒子 8

1.5.2 Pt纳米线 9

1.5.3 Pt纳米片 9

1.6 DMFC阳极催化剂的制备 9

1.6.1 水热法 9

1.6.2 溶胶法 9

1.6.3 浸渍法 10

1.6.4 电化学沉积法 10

1.6.5 多元醇还原法 10

1.7 常用表征方法 10

1.7.1 X射线衍射物相分析 10

1.7.2 热分析 10

1.7.3 扫描隧道显微镜(scanning tunneling microscope，STM) 10

1.7.4 透射电子显微镜(Transmission Electron Microscope,简称TEM) 11

1.7.4 红外光谱 11

1.8 铂基催化剂研究现状 11

1.9 课题研究意义及主要内容 11

第二章 实验部分 13

2.1 化学样品和试剂 13

2.2 实验仪器和型号 13

2.3 样品制备 14

2.3.1 微孔碳的制备 14

2.3.2 制备铂碳催化剂 14

2.4 氮掺杂微孔碳概述 15

2.4.1 氮掺杂方法 15

2.4.2 模板法掺杂 15

2.5 Pt合金化 15

2.5.1 制备Pt-Cu/Mc催化剂 16

2.5.2 制备Pt-Ni/MC催化剂 16

2.6 表征方法 16

2.6.1透射电子显微镜 16

2.6.2扫描电子显微镜 16

2.7 电化学站 16

第三章 结果分析与讨论 18

3.1 不同成分微孔碳载体吸附能力分析 18

3.1.1 常规微孔碳TEM分析 18

3.1.2 氮掺杂微孔碳TEM分析 18

3.2 Pt合金/C催化剂比较 18

3.2.1 Pt-Cu合金催化活性比较 18

3.2.2 Pt-Ni/MC催化剂催化活性分析 19

第四章 总结与展望 20

4.1 总结 20

4.2 展望 20

鸣谢 21

参考文献 22

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