含氮石墨烯载贵金属催化剂的制备及其在直接甲醇燃料电池中的应用

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1、PreprationofNitrogen-dopedGraphenesupportednoblemetalcatalystsandtheirapplicationindirectmethanolfuelcellADissertationSubmittedtoChangzhouUniversityByYinXiao-Juan(IndustryCatalysis)DissertationSupervisor:Prof.CaoJian-YuProf.ChenZhi-DongMay，2015常州大学学位论文原创性声明本人郑重

2、声明：所呈交的学位论文是本人在导师指导下独立进行的研究工作及取得的研究成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在论文中以明确方式标明。本人已完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权的说明本学位论文作者完全了解常州大学有关保留、使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属常州大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。

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4、高的导电性和独特的电子结构可以增强载体与贵金属粒子间的相互作用，从而有助于增强其催化活性和长期寿命。因此，开发高性能的氮掺杂碳材料及其负载的纳米贵金属催化剂具有重要的理论和应用价值。本文采用牺牲模板法制备了氮掺杂石墨烯（NG），以其为载体，通过乙二醇还原法制备了NG载Pt、PtRu合金和Pd催化剂，进一步研究了它们对有机小分子氧化和氧气还原的电催化性能。论文的主要工作如下：（1）以双氰胺为模板/氮源，通过高温牺牲模板法制备了三种NG样品。依据原料中双氰胺用量的不同，将三种NG样品分别命名为NG-1、NG-2和NG-3

5、。进一步采用BET、XRD、Raman、SEM、TEM和AFM等手段对样品进行了表征。结果显示，随着双氰胺用量增加，NG的比表面积增加，其ORR催化性能增强。（2）以NG为载体，经柠檬酸钠辅助乙二醇还原法制备了Pt/NG催化剂。电化学结果表明，Pt/NG-1具有比Pt/NG-2和Pt/NG-3更高的甲醇氧化和ORR催化性能。热处理可以改进Pt/NG-1的催化活性。热处o理温度为200C时，Pt/NG-1的性能最佳，接近商业化Pt/C的性能。（3）以NG-1为载体，经乙二醇还原法制备了金属载量分别为20%和60%的Pt

6、Ru合金催化剂。并考察了不同气氛热处理对60%PtRu/NG-1的催化性能的影响。实验结果显示，60%PtRu/NG-1催化剂对甲醇氧化的催化活性优于20%PtRu/NG-1催化剂。空气氛下热处理的60%PtRu/NG-1催化剂对甲醇氧化的催化性能优于对应在氮气氛和氮氢混和气氛中热处理的催化剂。（4）以NG-1为载体，Co2P为共催化剂，通过EDTA辅助的乙二醇还原法制备了Pd-Co2P/NG-1催化剂，并考察了pH和热处理温度对催化剂性能的影响。结果显示，Pd-Co2P/NG-1催化剂对甲酸氧化具有较高的催化活性。

7、I关键词：氮掺杂石墨烯；电催化剂；氧还原反应；甲醇电催化；燃料电池IIABSTRACTThemodificationofcarbonmeterialswithnitrogencanchangetheirelectronicstructuresandincreasethedensityoffreechargecarriers,leadingtoimprovementofconductivityandstability.Asthesupportofnoblemetalnanoparticles,carbonmateria

8、lsmodifiedwithnitrogenmaychangethenucleationdynamicsofmetalparticles,achievinguniformmetalparticlesdispersedonthesurfaceofsupport.Moreover,highconductivityanduniqueelectroni