纳米多孔pdptru的制备及其及其对乙醇的催化氧化【字数：12207】
摘 要由于纳米多孔贵金属材料具有优异的电催化性能、比表面积高等特点，作为催化剂在直接醇类燃料电池中的应用前景十分广阔，因此受到了人们的广泛重视。然而贵金属在地球上的储藏量十分稀少且价格昂贵，所以这在很大程度上阻碍了直接醇类燃料电池的进一步发展。因此，降低催化剂成本和提高催化剂活性就成了解决直接醇类燃料电池发展的当务之急。本文采用了电弧熔炼法熔化相应的纯金属，甩条带后得到合金条带，再用去合金化法制备出纳米多孔PdPtRu合金。对纳米材料进行TEM、XRD等物理表征，选取最佳条件下制备的纳米材料作为原料，从而制备出以碳为载体的电化学催化剂。纳米三金属Pd-Pt-Ru/C催化剂在酸性乙醇介质中的电化学测试结果表明，相较于Pt/C催化剂，三金属Pd-Pt-Ru/C催化剂有着更高的分散性、更强的催化活性、稳定性以及对CO抗毒能力。
Key Words: Nanoporous PdPtRu catalyst; Palladium platinum rhodium alloy; Direct ethanol fuel cell 目 录
1 绪论 1
1.1 纳米材料的概述 1
1.1.1 纳米材料表面改性和修饰处理的特点 2
1.1.2 纳米材料表面改性和修饰处理的方法与目的 2
1.2 燃料电池的概述 2
1.2.1 燃料电池的发展 3
1.2.2 燃料电池的优势 3
1.2.3 燃料电池的基本原理 4
1.2.4 燃料电池的研究状况 4
1.3 贵金属纳米材料的概述 5
1.3.1 纳米催化材料在电催化方面的应用 5
1.3.2 贵金属纳米材料的应用 6
1.4 论文设计的意义及研究内容 7
2 实验材料和试验方法 8
2.1 实验试剂和实验仪器 8
2.1.1 实验试剂 8
2.1.2 实验仪器 8
2.2 表征技术 9
2.2.1 透射电子显微镜（TEM） 9
2.2.3 X射线衍射（XRD） 9
2.3 电化学测量技术 10
2.3.1 循环伏安测试（ *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
CV） 10
2.3.2 计时电流法（IT） 11
2.3.3 线性扫描伏安法（LSV） 11
3 实验过程与结果分析 12
3.1 实验部分 12
3.1.1 NP模板的制备 12
3.1.2 PdPtRu/C三金属催化剂的制备 12
3.1.3 修饰电极的制备 12
3.1.4 材料的表征和电化学测试 12
3.2 结果与讨论 13
3.2.1 NP材料表征的结果 13
3.2.2 PtPdRu三金属催化剂的表征结果 14
3.2.3 PtPtRu/C催化剂电化学性能测试结果 15
结论 19
参考文献 20
致谢 22
1 绪论
现如今，人类社会发展日新月异，社会生产力得到了极大的发展，给人们的日常生活带来了质的提升，生产力的发展离不开能源的帮助，因此我们对能源的需求也大大增加。然而目前全球的主要能源来自于传统的化石燃料等，使用这些能源会排放出大量的CO2、NOX和SO2等对环境不友好的气体污染物。更加值得我们关注的是，化石燃料是一种不可再生的能源，它们的储量正在迅速减少。虽然说我国煤资源总量丰富，但是人均占有量却很少，并没有达到世界的人均水平。此外我国的石油资源也在不断衰竭。因此，我们应该把找寻环保能源和开发可持续能源作为当前的首要任务。
由于当今世界的化石燃料在逐渐减少，人们必须开始在新能源领域寻求可持续发展,提高能源的利用率。越来越多的国家和科研机构开始将目光投到新能源的开发上，比如说探索太阳能、风能、核能和氢能等可持续发展的能源。本文所研究的燃料电池作为一种可持续发展的能源类型，是公认的可靠性较高而且对环境较友好的电池。燃料电池没有燃烧过程，它的电能是由化学能转化而来的，并且过程中的能量损失相比化石燃料来说要低很多。只要提供足够的清洁燃料就能够使燃料电池持续运转，其工作原理与普通电池相似。目前，燃料电池的研发在世界上掀起一股热潮，而美国、日本和欧盟在这股潮流的最前端。因此，我们必须迎着这股潮流发展好自己，为这个领域做出一份应有的贡献。
1.1 纳米材料的概述
随着纳米技术不断地与时俱进，人们对纳米材料也提出了更高的性能需求。为了更好地表现纳米颗粒在纳米级尺度下的比表面积大、反应活性高等优异性能，需要防止颗粒聚集，使其具有一定的分散性。可以改变纳米颗粒表面的润湿性，加强纳米粉体界面相容性，使纳米粒子分散在介质中，使纳米颗粒更符合实际的应用需求[1]。纳米粉体通过表面改性和修饰处理增强了其分散性，并且保留其原来特有的优异性能，更符合实际应用中的性能需求。
纳米结构材料是纳米技术的核心组件，为制造具有所需功能的复杂器件提供基本构建模块。 纳米材料由于其固有的量子尺寸和形状效应[2]，在电子，光电子学，信息处理，催化，生物医学，环境科学，能量转换和存储，先进的技术以及许多其他领域中具有许多重要的应用。化学在新型纳米结构材料的开发中起着核心作用[3]。制造具有特定形态的双金属或多金属纳米颗粒是设计具有多种物理和化学性质的纳米材料的有吸引力的方式，其不同于它们的单金属对应物。 由于它们独特而新颖的特性，这些材料可以应用于各种领域，如磁响应和生物传感器。具有不同电化学特性的元素合金表现出特别的性质，这些元素相比于比单独的纯金属是更好的催化剂[4]。
1.1.1 纳米材料表面改性和修饰处理的特点
纳米颗粒是介于宏观物质与原子之间的一类物质颗粒，其粒径很小，具有高比表面积、高比表面能、高光活性、高催化活性等特征，表现出与非纳米的大颗粒或块状物质完全不同的特性，如纳米材料的表面效应，以及特殊的电、磁、光等性质，这些特性为纳米颗粒的广泛应用提供了极大的可能性[5]。然而，在利用纳米材料的某种特性的同时，通常会被其他一些附属性质所影响，使得纳米材料的性能在一些领域被影响。纳米颗粒巨大和特殊的表面效应同时也导致了这种颗粒的化学性状很不稳定，如活性较高，有强氧化性以及吸附性，非常容易结集、团聚等。实际的情况是，刚制备获得的新鲜的纳米颗粒一旦暴露于大气中，立即会发生氧化，同时伴随颗粒表面发热与快速升温。温度的升高会加剧颗粒对空气中各种污染物的吸附以及颗粒间的团聚、甚至生长。
Key Words: Nanoporous PdPtRu catalyst; Palladium platinum rhodium alloy; Direct ethanol fuel cell 目 录
1 绪论 1
1.1 纳米材料的概述 1
1.1.1 纳米材料表面改性和修饰处理的特点 2
1.1.2 纳米材料表面改性和修饰处理的方法与目的 2
1.2 燃料电池的概述 2
1.2.1 燃料电池的发展 3
1.2.2 燃料电池的优势 3
1.2.3 燃料电池的基本原理 4
1.2.4 燃料电池的研究状况 4
1.3 贵金属纳米材料的概述 5
1.3.1 纳米催化材料在电催化方面的应用 5
1.3.2 贵金属纳米材料的应用 6
1.4 论文设计的意义及研究内容 7
2 实验材料和试验方法 8
2.1 实验试剂和实验仪器 8
2.1.1 实验试剂 8
2.1.2 实验仪器 8
2.2 表征技术 9
2.2.1 透射电子显微镜（TEM） 9
2.2.3 X射线衍射（XRD） 9
2.3 电化学测量技术 10
2.3.1 循环伏安测试（ *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
CV） 10
2.3.2 计时电流法（IT） 11
2.3.3 线性扫描伏安法（LSV） 11
3 实验过程与结果分析 12
3.1 实验部分 12
3.1.1 NP模板的制备 12
3.1.2 PdPtRu/C三金属催化剂的制备 12
3.1.3 修饰电极的制备 12
3.1.4 材料的表征和电化学测试 12
3.2 结果与讨论 13
3.2.1 NP材料表征的结果 13
3.2.2 PtPdRu三金属催化剂的表征结果 14
3.2.3 PtPtRu/C催化剂电化学性能测试结果 15
结论 19
参考文献 20
致谢 22
1 绪论
现如今，人类社会发展日新月异，社会生产力得到了极大的发展，给人们的日常生活带来了质的提升，生产力的发展离不开能源的帮助，因此我们对能源的需求也大大增加。然而目前全球的主要能源来自于传统的化石燃料等，使用这些能源会排放出大量的CO2、NOX和SO2等对环境不友好的气体污染物。更加值得我们关注的是，化石燃料是一种不可再生的能源，它们的储量正在迅速减少。虽然说我国煤资源总量丰富，但是人均占有量却很少，并没有达到世界的人均水平。此外我国的石油资源也在不断衰竭。因此，我们应该把找寻环保能源和开发可持续能源作为当前的首要任务。
由于当今世界的化石燃料在逐渐减少，人们必须开始在新能源领域寻求可持续发展,提高能源的利用率。越来越多的国家和科研机构开始将目光投到新能源的开发上，比如说探索太阳能、风能、核能和氢能等可持续发展的能源。本文所研究的燃料电池作为一种可持续发展的能源类型，是公认的可靠性较高而且对环境较友好的电池。燃料电池没有燃烧过程，它的电能是由化学能转化而来的，并且过程中的能量损失相比化石燃料来说要低很多。只要提供足够的清洁燃料就能够使燃料电池持续运转，其工作原理与普通电池相似。目前，燃料电池的研发在世界上掀起一股热潮，而美国、日本和欧盟在这股潮流的最前端。因此，我们必须迎着这股潮流发展好自己，为这个领域做出一份应有的贡献。
1.1 纳米材料的概述
随着纳米技术不断地与时俱进，人们对纳米材料也提出了更高的性能需求。为了更好地表现纳米颗粒在纳米级尺度下的比表面积大、反应活性高等优异性能，需要防止颗粒聚集，使其具有一定的分散性。可以改变纳米颗粒表面的润湿性，加强纳米粉体界面相容性，使纳米粒子分散在介质中，使纳米颗粒更符合实际的应用需求[1]。纳米粉体通过表面改性和修饰处理增强了其分散性，并且保留其原来特有的优异性能，更符合实际应用中的性能需求。
纳米结构材料是纳米技术的核心组件，为制造具有所需功能的复杂器件提供基本构建模块。 纳米材料由于其固有的量子尺寸和形状效应[2]，在电子，光电子学，信息处理，催化，生物医学，环境科学，能量转换和存储，先进的技术以及许多其他领域中具有许多重要的应用。化学在新型纳米结构材料的开发中起着核心作用[3]。制造具有特定形态的双金属或多金属纳米颗粒是设计具有多种物理和化学性质的纳米材料的有吸引力的方式，其不同于它们的单金属对应物。 由于它们独特而新颖的特性，这些材料可以应用于各种领域，如磁响应和生物传感器。具有不同电化学特性的元素合金表现出特别的性质，这些元素相比于比单独的纯金属是更好的催化剂[4]。
1.1.1 纳米材料表面改性和修饰处理的特点
纳米颗粒是介于宏观物质与原子之间的一类物质颗粒，其粒径很小，具有高比表面积、高比表面能、高光活性、高催化活性等特征，表现出与非纳米的大颗粒或块状物质完全不同的特性，如纳米材料的表面效应，以及特殊的电、磁、光等性质，这些特性为纳米颗粒的广泛应用提供了极大的可能性[5]。然而，在利用纳米材料的某种特性的同时，通常会被其他一些附属性质所影响，使得纳米材料的性能在一些领域被影响。纳米颗粒巨大和特殊的表面效应同时也导致了这种颗粒的化学性状很不稳定，如活性较高，有强氧化性以及吸附性，非常容易结集、团聚等。实际的情况是，刚制备获得的新鲜的纳米颗粒一旦暴露于大气中，立即会发生氧化，同时伴随颗粒表面发热与快速升温。温度的升高会加剧颗粒对空气中各种污染物的吸附以及颗粒间的团聚、甚至生长。
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