鉻,鎢,鈦之氮/碳化物奈米材料的合成及其應用於電催化氧氣還原反應之研究

Synthesis of Nanostructured Nitrides/Carbides of Chromium, Tungsten and Titanium and the Studies of the Electrocatalytic Oxygen Reduction Reaction

何家華

指導教授 ： 楊家銘

國立清華大學/理學院/化學系/碩士(2013年)

摘要

本論文旨在利用 1,2,4-1H-triazole 為碳氮源分子，合成鉻、鎢、鈦等金屬碳化物及氮化物奈米顆粒，並研究其應用於電催化氧氣還原反應之活性。我們將金屬前驅物與triazole 直接物理混合均勻，再於真空環境下燒至高溫，調控溫度與金屬和triazole 之比例，合成出氮化鉻、氮化鎢、碳化鎢，並利用XRD、EA、XPS、SEM、TEM 和物理吸脫附儀對樣品的結構、成分組成與形貌進行分析，結果顯示樣品為碳化物/氮化物、碳和氮化碳之複合材料。我們並藉由伏安法了解電催化氧氣還原活性及穩定性，結果顯示氮化鉻電催化氧氣還原活性優於文獻值，起始電位增加90 mV，穩定性測試經過4000 圈掃描後，活性幾乎不變，穩定性較商用Pt/C 觸媒佳，而氮化鎢和碳化鎢活性與穩定性不佳。為了進一步提升氮化鉻的電催化氧氣還原活性，我們合成以氮化鉻為基礎的雙金屬氮化物TiCrN 及CrWN，藉由調控兩金屬之比例，可合成出不同比例的雙金屬氮化物，故此合成方式對於單金屬或雙金屬氮化物之合成均適用，伏安法結果顯示在氮化鉻中添加少量的鈦或鎢，成功增加氮化鉻電催化氧氣還原活性，起始電位增加約30 mV，是極具潛力的燃料電池陰極觸媒。

關鍵字

燃料電池 ； 氧氣還原反應 ； 碳化物 ； 氮化物

參考文獻

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