含硒化物石墨烯材料的制备及其在乙醇氧化中的应用

发布时间：2020-08-28 01:04

【摘要】：随着人类社会的极速发展,在近百年来传统的化石能源被大量地消耗达,人们不得不面对资源严重紧缺的困境。社会的发展离不开能源的推动,在当下转型升级的背后,中国对能源的依赖更为严重。由此研究发展新型可再生绿色能源成为我国迫在眉睫的要务。在众多的新能源中,直接燃料电池是最为理想的新能源之一,这也是目前电化学学科的一大研究热点。直接乙醇燃料电池通过乙醇的氧化,将化学能直接转化为电能,这样的能量转换过程不被卡诺循环所束缚,由此极大地提高了能量转换效率。作为燃料的乙醇,来源十分广泛可借由农副产品的发酵得到,有着较好的安全性,方便运输储存,同时其本身具有极大的能量,保证了燃料电池的电量输出。然而直接乙醇燃料电池的阳极乙醇反应是一个较为复杂的反应,单纯的过渡金属材料难以促进乙醇的氧化反应,目前的阳极催化剂仍以贵金属基催化剂为主。同时在乙醇的点催化氧化过程中,有较多的反应中间体生成。这些中间体大多都对贵金属催化剂产生毒化作用,从而降低了贵金属催化剂的电化学活性以及稳定性。为此研究如何降低贵金属在催化剂中含量,同时提高催化剂总体的活性以及抗毒化能力是乙醇燃料电池阳极催化剂的一大研究热点。本文以复合石墨烯碳材料为载体,在其表面负载金属硒化物以及贵金属Pd,通过金属硒化物的添加与贵金属Pd形成有效的协同作用,从而改善Pd基催化剂在乙醇电催化氧化方面的催化活性以及抗毒化能力。具体研究内容如下:(1)通过改进Hümmers法,和化学还原法制备还原石墨烯。以还原石墨烯以及碳纳米管为基底,利用水热法和化学还原法分别在碳材料上负载一定量的Co0.85Se和Pd,得到Pd-Co0.85Se/r GOCNT。其在乙醇电催化测试中表现出良好的催化活性,Pd-Co0.85Se(1:10)/r GOCNT的起峰电位达到-0.45 V,比Pd/r GOCNT减小0.105 V。在恒电压-0.3 V中工作30 min后,其剩余电流密度为7.2 m A/cm2,是Pd/r GOCNT的6倍。根据XPS等表征发现,Co0.85Se能有效调整Pd的电子结构,从而提高催化剂的反应活性。(2)以还原石墨烯和碳纳米管为载体,通过水热合成法和Na BH4还原法,分别在碳材料表面上进行Ni0.85Se和Pd修饰,制备得到Pd-Ni0.85Se/r GOCNT催化剂,并将其应用到乙醇电催化氧化中。通过测试该催化剂表现出比Pd/r GOCNT更低的起峰电位和更高的峰值电流密度,在恒电压-0.3 V中工作30 min后,Pd-Ni0.85Se(1:5)/r GOCNT催化剂的剩余电流密度是Pd/r GOCNT的3.9倍。(3)通过两步合成法,以硝酸镍、硝酸铁和硝酸锌为原料制备双氢氧化物Ni0.75Fe0.25-LDH和Ni0.75Zn0.25-LDH。再以此为前驱体,利用水热合成法在石墨烯碳材料上分别负载Ni0.75Fe0.25Se2和Ni0.75Zn0.25Se2,最后通过还原法制得Pd-Ni0.75Fe0.25Se2/G和Pd-Ni0.75Zn0.25Se2/G催化剂。在阳极乙醇氧化测试中,这两种催化剂均表现出比Pd/G更好的催化活性以及电化学稳定性。本次研究有效的提高了Pd基催化剂在乙醇氧化的催化活性,在直接乙醇燃料电池中,二硒化物有着较好的应用前景。
【学位授予单位】：广州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM911.4;TQ127.11;O643.36
【图文】：

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【参考文献】