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研究生： 李桂銓
Quei-cyuan Li
論文名稱： 金與金鉑雙金屬奈米顆粒製備以及其CO氧化電極反應的活性分析
The Preparation of Au and AuPt Bimetallic Nanoparticles for Electrochemical CO Oxidation
指導教授： 林昇佃
Shawn D. Lin
口試委員: 黃炳照
Bing-Joe Hwang
林修正
Andrew Lin
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 工程學院 - 化學工程系
Department of Chemical Engineering
論文出版年： 2010
畢業學年度： 98
語文別： 中文
論文頁數： 137
中文關鍵詞： 旋轉圓盤電極 、奈米金 、電催化一氧化碳
外文關鍵詞： gold nanoparticles, RDE, CO oxidation
相關次數： 點閱：581  下載：7 
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    • 本研究修改實驗室先前的甲醇檸檬酸鈉製備金奈米顆粒的方法，改為用丙酮二羧酸或硼氫化鈉兩種更強的還原劑來取代甲醇，或添加鹼性溶液改變反應環境pH值，以製備粒徑更小的金奈米顆粒，之後加入氯鉑酸製備鉑修飾的金奈米顆粒，並以室溫下自發氧化還原或通入氫氣，使鉑還原於金奈米顆粒表面，研究中探討不同大小或形狀的金奈米顆粒，與鉑改質的金鉑雙金屬奈米顆粒對CO氧化反應的影響。TEM分析顯示添加4 mM硼氫化鈉於檸檬酸鈉系統可得5.1 nm的金顆粒，添加3 mM氨水於硼氫化鈉系統中可得規則聯網奈米結構金，室溫下以氫氣還原氯鉑酸於5.1 nm金顆粒也可得連網狀雙金屬觸媒，經UV-vis、ICP與XPS分析顯示以上觸媒大部分前驅物已還原為零價的金或鉑金屬。在25 ℃、1.0 M過氯酸電解質中，金奈米顆粒在0.4~0.6 V有CO-stripping信號，顯示金表面吸附相CO在該電位下可被氧化為CO2，鉑的改質能提早氧化吸附相CO或在0.85~1.2 V有類似單純鉑的CO氧化峰，而溶液相CO氧化實驗顯示鉑的改質除了造成溶液相CO氧化電位提早，氧化電流密度也有所提升，塔弗斜率也變小，可見鉑修飾金的奈米觸媒可能具有改善燃料電池陽極受CO毒化問題的潛力。

    This study prepared Au and Pt-deposited Au nanoparticles and their electrochemical CO oxidation activities. Dicarboxy acetone, NaBH4, or alkaline solutions was used to control the prepared gold nanoparticles size when sodium was used as the stabilizer. The Pt deposition was carried out by adding H2PtCl6 at 298K via hydrogen-reduction or spontaneous galvanic reduction over the preformed Au sol.
    TEM analysis indicated that Au of 5.1 nm size was obtained by adding 4 mM NaBH4 to the sodium citrate system, that cross-linked Au nanostructure was found when adding 3 mM NH4OH to the NaBH4 system, and that cross-linked Au-Pt nanostructure was found by hydrogen reductuion of H2PtCl6 in the present of 5.1 nm Au sol. By UV-vis, ICP, and XPS analysis, almost all of used precursors were reduced during preparation.
    CO-stripping experiment indicated gold nanoparticles can oxidize adsorbed CO to CO2 at 0.4~0.6 V at 25℃ and 1.0 M perchloric acid solution. The Pt-deposited Au nanoparticles show better CO oxidation activity than gold nanoparticles, as indicated by a lower onset potential during CO-stripping experiment and a lower Tafel slope during CO-CV experiment. The results of this study indicated that Pt deposition can improve the electrochemical activities of Au catalysts for CO oxidation reaction in acidic electrolyte.

    摘要 I Abstract II 目錄 IV 表目錄 V 圖目錄 VI 第一章 緒論 1 1.1前言 1 1.1.1燃料電池的種類 2 1.1.2燃料電池陽極觸媒難題 4 1.2文獻回顧 5 1.2.1金奈米溶膠顆粒的製備 6 1.2.2金鉑雙金屬奈米溶膠顆粒的製備 7 1.2.3金觸媒與金鉑雙金屬觸媒對電催化CO氧化反應的應用 11 1.3旋轉圓盤電極於電化學反應的應用 17 1.4分析電催化CO氧化反應的方法 21 1.5研究目的與方法 24 第二章 實驗方法 25 2.1實驗藥品與儀器設備 25 2.1.1實驗藥品與氣體 25 2.1.2儀器設備 26 2.2實驗方法 27 2.2.1金奈米溶膠顆粒製備方法 27 2.2.2金鉑雙金屬奈米溶膠顆粒製備方法 31 2.3材料鑑定分析 33 2.3.1紫外-可見光(UV-Vis)分析 33 2.3.2穿透式電子顯微鏡(Transmission Electron Microscope， TEM)分析 33 2.3.3 X射線光電子能譜儀(X-ray photoelectron spectroscopy， XPS)分析 33 2.3.4感應耦合電漿質譜儀(Inductively Coupled Plasma-mass Spectrometer， ICP)分析 33 2.4電化學實驗方法 34 2.4.1前處理 34 2.4.2 CO-stripping實驗 34 2.4.3 CO-CV實驗 35 2.4.4電化學實驗數據分析方法 35 第三章 結果與討論 37 3.1製備參數對金奈米溶膠顆粒的影響 37 3.1.1還原劑對金奈米溶膠顆粒的影響 38 3.1.2鹼性溶液添加對金奈米溶膠顆粒的影響 61 3.2製備參數對金鉑雙金屬奈米溶膠顆粒的影響 68 3.3金與金鉑奈米溶膠顆粒對電催化吸附相CO氧化反應的影響 78 3.3.1鉑奈米溶膠顆粒對電催化吸附相CO氧化反應的影響 80 3.3.2金奈米溶膠顆粒形貌對電催化吸附相CO氧化反應的影響 81 3.3.3金鉑雙金屬奈米溶膠顆粒對電催化吸附相CO氧化反應的影響 84 3.4金與金鉑奈米溶膠顆粒對電催化溶液相CO氧化反應的影響 90 3.4.1 Nafion對金電極電催化溶液相CO氧化反應的影響 90 3.4.2金奈米溶膠顆粒大小對電催化溶液相CO氧化反應的影響 98 3.4.3純鉑奈米溶膠顆粒與金鉑雙金屬奈米溶膠顆粒對電催化溶液相CO氧化反應的影響 108 第四章 結論 120 參考文獻 122 附錄 126 附錄A 電化學分析方法再現性確認 126 附錄B 鉑於5.1 nm金觸媒上的覆蓋計算 134

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