碳金属%2f金属氧化物复合纳米材料的制备与性能.pdf

摘要碳材料具有密度低,抗化学腐蚀性能好,热膨胀系数小,弹性模量不高,被广泛用于电化学领域作电极材料。特别是多孔碳材料具有极大的比表面积和独特的表面物理化学性能,是用来制造电极的理想材料之一,且具有其他材料无法比拟的稳定性和价格低廉等特性。但随着对电极材料性能要求的不断提高,碳材料也显示出其作为活性材料时容量较低的缺陷。而金属电极(特别是一些贵金属) 通过在表面发生的可逆氧化还原反应来实现能量储存,其比电容量远大于碳电极的比电容量,但贵金属的昂贵价格限制了其应用前景。因此,结合碳材料的稳定性和金属(金属氧化物)的高容量性以及纳米材料的特殊性能,制备碳/金属(金属氧化物)复合纳米材料作为电极材料,是当今该领域研究的热点。 Pt/C催化剂是直接甲醇燃料电池(DMFC)中广为使用的催化剂。由于Pt的价格昂贵,资源稀少,因此目前的研究主要集中在如何提高催化剂的活性,降低催化剂的载量。将Pt载附在C载体上不仅增加了Pt的分散度,使制备粒径为纳米级的Pt晶粒成为可能,而且可显著降低Pt的载量,同时铂与碳的相互作用又降低了铂的聚结速度。一些研究表明纳米尺度的铂对某些反应的催化性能大大优于传统的催化剂,具有广阔的应用前景。本论文就是在纳米复合材料、电极材料等基础理论指导下,提供了一种制备纳米级的碳/金属(金属氧化物)复合材料的新方法,解决了现有制备碳/金属(金属氧化物)复合材料时复合不均匀,复合不稳定,金属(金属氧化物)易脱落的问题。这种方法特别是对一些贵金属(如本实验中的铂)大大降低了贵金属的用量,节约成本。本实验制备出的复合纳米材料,通过X射线粉末衍射(XRD), 透射电子显微镜(TEM)等测试复合材料微观结构,并对其电化学性能进行一系列的研究,找出其电催化性能的最佳条件和制备复合纳米材料的最佳条件。关键词:Pt/C 纳米复合材料电极材料 Abstract Carbon materials have low density,anti·chemical corrosion,small coefficient of thermal expansion,and elasticmodulus is not Carbon materialsarewidely used forthefield ofelectrochemical electrode particular the porous material ofgreat surface area,the unique physical and chemical properties ofthe surface areused to make the ideal electrode material,and other materials with unmatched stability and characteristics such aslow ,with the electrode material for thecontinuous improvement ofperformance requirements,the carbon material alsoshows activity as alower-capacity material metal electrode (especially precious metals)through the surface of reversible redox reactions to achieve energy storage,more than itscapacity isfargreaterthanthe ratioofcarbon electrode capacitance,but theprecious metal’Shigh price limits a bined with thestabilit)r ofthecarbon materials andmetal(metaloxide)of high-capacity,as well as the special properties ofnano-materials,preparation of carbon/metal(metal oxide)posite material as electrode materials,are currently ahotresearch inthisfield. Pt/C catalyst is adirectmethanol fuelcell(DMrC)is widely usedas acatalyst. Pt