中文摘要：

本项申请，拟采用高温石墨化的碳纳米管（或炭黑）做载体，制备核壳结构（Pt壳@Ag核）金属纳米粒子/C催化剂。然后将催化剂、高石墨化炭黑、明胶粘合剂制成气体扩散电极催化层，并对其氧气还原的电催化机制进行深入研究。通过对催化层微相结构的分析，探讨明胶粘合剂的含量对电极电化学性能及稳定性能的影响规律。探讨金属纳米粒子的核壳结构效应对提高电催化性能的作用规律，重点研究探讨双金属纳米粒子与碳载体二者对氧还原的协同电催化效应，并探讨其可能的协同机制。在考察碳载体电催化效应的基础上，将Pt@Ag核壳粒子和其载体碳作为催化剂的整体加以考虑，研究金属催化剂及其载体构成的原子簇对氧在电极表面吸附机制和反应历程的影响，探明氧还原动力学机制。为开发高效节能型氧气扩散电极及其在氯碱工业中的应用提供理论依据。

结论摘要：

本项研究，通过对碳黑、碳纳米管等载体材料进行表面功能化和改性处理，成功制备出具有特定尺寸和相结构的PtAg双金属纳米粒子/碳复合催化剂，并重点探讨了Ag@Pt核壳双金属粒子/碳复合催化剂的氧还原电催化活性和选择性，为新型高效氧还原电催化材料的合成与应用提供了新的思路。采用单硝酸对碳载体进行表面化学修饰，并对碳载体进行高温石墨化改性处理，考察了碳载体表面化学结构、晶体结构、比表面积和孔结构等因素对碳载体电化学性能的影响规律，提出了碳载体材料预处理的新方法。在此基础上，采用乙二醇与柠檬酸钠共还原合成体系，通过精确调控Pt与Ag金属离子在水溶液中的化学与电化学状态，成功制备出具有不同相结构的PtAg双金属纳米粒子，粒子尺寸均小于10nm。重点研究了反应体系中金属盐前驱体浓度和反应温度对两种金属在碳载体表面的共沉积和分布沉积控制规律，进而提出了Ag@Pt核壳纳米结构、中空合金纳米粒子的合成机制。为多元合金粒子可控合成提供了一个新方法。 将上述催化剂、炭黑和明胶粘合剂混合制成电极，并对其氧气还原电催化性能进行了详细研究，重点探讨了Ag@Pt核壳结构/C复合催化剂在碱性介质环境中对氧气还原的电催化活性。与商业Pt/C催化剂相比，Ag@Pt核壳结构、Pt-Ag合金粒子均对氧还原具有良好的电催化活性，催化剂Pt质量比活性Jk均优于商业Pt/C催化剂。其中，原子比例为Pt10@Ag50核壳纳米粒子具有最高的电催化活性和稳定性。此外，在电极材料中添加10wt.%明胶，改善了电催化材料表面化学状态和内部三相反应孔道网络结构，进一步提高电极的电化学性能。氧气还原动力学过程研究结果表明在碱性介质中，对于Agl@Pt核壳纳米粒子/C复合催化剂，氧还原反应主要按照四电子反应路径进行，有效抑制了二电子反应路径，过氧化氢产率低于4%。通过氧还原反应动力学参数进一步解析，得到了交换电流密度i0，和传递系数α，可逆反应电位E0和Tafel斜率b等氧还原反应动力学关键参数，进而探明PtAg双金属纳米粒子的核壳效应与合金化效应对氧还原动力学过程的影响规律和对电催化的增强机制。