利用液相体系电化学置换法合成燃料电池非铂纳米管催化剂的反应机理研究

利用液相体系电化学置换法制备用于燃料电池的非铂纳米管催化剂的反应机理，目前尚没有系统的研究。本课题在我们首次合成了多孔型Pt纳米管，并且进行了形貌表征和性能测试的基础上，以Ag纳米线和Cu纳米线为模板，分别制备Pd纳米管以及Pd/Ag，Pd/Cu纳米管。研究非铂纳米管催化剂合成中，反应条件、微观结构和宏观性能三者之间的辩证关系，揭示电化学置换法的特点、规律和反应机制。通过扫描电镜、透射电镜、能谱、X射线衍射等技术，研究纳米管的微观形态与不同反应条件之间的相互关系，研究反应中各种因素之间相互作用的机制，揭示纳米管的微观形成过程。模拟燃料电池中阴极催化剂的实验环境，通过循环伏安、耐久性、氧化还原活性等电化学性能测试对液相体系电化学置换法的合成机理进行研究。研究纳米管催化剂不同反应条件与电化学性能之间的关系。为今后利用该机理对其他非铂金属进行合理控制提供科学佐证及相关技术参数。

在过去的三年中，按照本项目计划，我们首先制备了Ag纳米线，主要考察不同反应条件下生成Ag纳米线的形貌。分别改变温度、Pt种的浓度、反应时间以及反应的环境气氛。通过反应条件的调整，很好的控制了纳米线与纳米粒子的比例，以及纳米线的长度。然后，我们研究了液相法电化学置换反应Pt纳米管催化剂的制备。主要考察不同反应条件下生成Pt纳米管的形貌。分别改变温度、Ag纳米线的浓度、反应时间以及反应的环境气氛，生成了很好形貌的Pt纳米管。通过改变反应前驱体，研究了Pt纳米管不同形貌。研究了以H2PtCl6为前驱体，以K2PtCl4为前驱体制备Pt纳米管的反应机理，并研究了催化剂的耐久性。我们利用Pd(NO3)2、K2PdCl6制备了Pd纳米管，以及Pt/Pd合金纳米管，研究了非铂催化剂的制备与性能测试。同时，为了将制备的催化剂有匹配的膜材料，除了催化剂材料以外，我们还研究了新型聚合物膜材料。通过改变聚合物的结构，先后开发了——磺化聚醚醚酮类质子交换膜，磺化聚醚砜类质子交换膜，磷酸化聚苯并咪唑质子交换膜。并且通过共混，交联等方式，制备了复合型的质子交换膜材料。具备与不同的催化剂相配合的条件。在本项目的支持下，共计发表SCI论文14篇。三年来，我们积极参加行业内的交流，并以口头报告、学术沙龙等形式与国内外的专家学者进行了有效的沟通和充分的讨论。同时，我们积极利用国家自然科学基金的平台与企业合作，争取为社会服务。在本基金的支持下，获得了2012年中国石油化工联合会科技进步一等奖的奖励。