非金属元素掺杂分级枝状铂基合金的制备及电催化性能研究开题报告

 2020-02-10 10:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

电催化是当前纳米材料领域和催化领域的研究热点,与能源和环境息息相关。铂基金属催化剂在燃料电池电极催化及电解水析氢反应中都表现出优于其它催化剂的特性,但其面临储量有限的问题,如何提高铂基催化剂的活性和稳定性,从而降低铂的使用量成为铂基催化剂面临的主要挑战,目前基于铂基金属纳晶形貌调控来解决这一问题的工作,已经得到广泛且系统的研究。

微纳分级结构材料由纳米结构组装成具有一定结构规律的微米尺度的三维材料,具有较高的比表面积,纳米结构能暴露出更多的表面催化活性位点,这种自支撑结构能避免纳米结构的再次团聚,一定意义上提高了材料的结构稳定性。分级枝状铂基合金材料,由于具有精细的分枝结构,可以暴露出更多表面,提高原子催化利用效率,其枝状结构有利于形成更多结构缺陷,同时其整体结构能有效分散这些纳米分枝,避免团聚产生,并且其整体连接且各个分散的枝状结构能避免载体碳在催化过程中腐蚀带来的pt流失现象。基于前期相应工作与探索,本课题主要以具有分级枝状结构的铂基合金材料作为研究对象。

此外,在铂基合金材料表面引入非金属元素如n、p、s等,不仅可以形成表面结构缺陷,同时杂原子的引入可以起到调节合金表面原子电荷分布的作用,对电催化性能的调节起到一定促进作用。wang等人采用溶剂热法在pt-ni纳米线中掺入了s,并具有良好的析氢性能和电催化稳定性;zhang等人在室温下利用强还原剂nabh4在pt-ni纳米枝中掺入了b,表现出良好的电催化性能;liu等人利用高温水热法在pt-ni纳米线中引入了s,具有良好的析氢性能。因此,本课题将主要集中在非金属元素掺杂的分级枝状铂基合金催化剂的设计与制备,性能与结构、组分关系的研究上。

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2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

材料制备:通过油相溶剂热法制备具有分级结构的铂基合金并掺杂非金属元素。

材料表征:粉末x射线衍射(pxrd)分析用于测试表征非金属掺杂分级枝状铂基合金材料物相和结晶度,x射线光电子能谱(xps)测试元素组成及元素价态,电感耦合等离子体原子发射光谱法(icp-aes)测量的金属成分比例,扫描电子显微镜(sem)表征材料的形貌结构,能谱分析(eds)测试材料中元素含量和元素分布。

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3. 研究计划与安排

第1-4周:查阅相关文献资料,完成英文翻译。明确研究内容,了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案,并完成开题报告。

第5-8周:按照设计方案进行准备实验,探索纳米枝状结构pt-cu材料的合成及形貌控制条件。

第9-12周:采用xrd、sem、tem及电化学工作站等进行形貌结构与性能的表征。

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4. 参考文献(12篇以上)

[1] liu z, qi j, liu m, etal. aqueous synthesis of ultrathin platinum/non‐noble metal alloy nanowires forenhanced hydrogen evolution activity [j]. angewandte chemie, 2018, 130(36):11852-11856.

[2] zhang j, li k, zh ang b.synthesis of dendritic pt–ni–p alloy nanoparticles with enhancedelectrocatalytic properties [j]. chemical communications, 2015, 51(60):12012-12015.

[3] zhao q, wang q, su y, etal. synergy of facet control and surface metalloid modification on hierarchicalpt–ni nanoroses toward high electrocatalytic activity [j]. crystengcomm, 2017,19(34): 4964-4971.

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