碳载体掺氮处理及钯基三金属催化剂在甲酸电氧化反应中性能的研究

发布时间：2021-04-26 05:45

　　在能源结构迅速升级的当代,直接甲酸燃料电池作为一种新型绿色能源引起了人们广泛的兴趣。目前,直接甲酸燃料电池阳极催化剂的热点为钯基催化剂。虽然在甲酸电氧化反应中钯的抗中毒性能强于铂、具有较高的初始活性,但是钯稳定性不够高,且价格昂贵,因此研究人员开展了对钯基催化剂改性的研究。本文分别对掺氮碳载体和钯基多金属催化剂进行研究,以提高钯基催化剂电氧化甲酸的性能,提高钯基催化剂的寿命,并降低直接甲酸燃料电池的成本。针对碳载体掺氮的研究,通过选用三聚氰胺、双氰胺和尿素作为氮源在硝酸处理后的Vulcan XC-72碳黑上进行氮元素掺杂,获得拥有不同氮掺杂种类为主的掺氮碳载体,随后在不同掺氮碳载体上负载金属钯,以研究氮掺杂种类对钯电氧化甲酸性能的影响。通过X射线光电子能谱分析得到掺杂的氮元素可以分为吡啶氮、吡咯氮和石墨氮。电化学结果表明吡咯氮含量越多的催化剂甲酸电氧化活性越高。由于以尿素作为氮源掺杂的催化剂（Pd/UR）中吡咯氮含量最多,因此制备的催化剂中,Pd/UR拥有最好的甲酸电氧化活性。通过DFT计算发现,甲酸电氧化反应中间产物HCOO*和*COOH在吡咯氮-Pd上的吸附能最小,说明吡咯氮越多的... 

【文章来源】：华东理工大学上海市 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：73 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 引言
    1.2 燃料电池的概述
        1.2.1 燃料电池的发展历史和主要类型
        1.2.2 氢燃料电池
        1.2.3 直接甲酸燃料电池
    1.3 直接甲酸燃料电池阳极催化剂的改性方法
        1.3.1 DFAFCs阳极催化剂载体的修饰
        1.3.2 DFAFCs阳极催化剂金属的修饰
        1.3.3 DFAFCs非碳载体的阳极催化剂
    1.4 研究内容和意义
第2章 实验材料和表征方法
    2.1 化学试剂及实验仪器
        2.1.1 化学试剂
        2.1.2 实验仪器
    2.2 实验准备和实验操作
        2.2.1 玻碳电极的清洗
        2.2.2 工作电极的制备
        2.2.3 电化学测试操作
    2.3 电化学测试方法
        2.3.1 循环伏安法
        2.3.2 计时电流法
        2.3.3 线性扫描伏安法
        2.3.4 阻抗谱法
    2.4 催化剂表征方法
        2.4.1 X射线衍射分析
        2.4.2 高分辨透射电子显微镜分析
        2.4.3 X射线光电子能谱分析
        2.4.4 等离子体发射光谱仪分析
第3章 碳载体内氮掺杂种类对钯基催化剂电氧化甲酸性能影响的研究
    3.1 引言
    3.2 Pd/NC催化剂的制备
        3.2.1 掺氮碳载体的制备
        3.2.2 载体上负载钯的方法
    3.3 DFT计算方法
    3.4 结果与讨论
        3.4.1 Pd/NC催化剂的物理表征
        3.4.2 Pd/NC催化剂的电子结构表征
        3.4.3 Pd/NC催化剂的电催化活性研究
        3.4.4 Pd/NC催化剂的电化学动力学研究
2+-N复合物电氧化甲酸性能研究">        3.4.5 Pd²⁺-N复合物电氧化甲酸性能研究
    3.5 本章小结
第4章 钯基三金属催化剂电催化氧化甲酸性能的研究
    4.1 引言
    4.2 三金属催化剂的制备
        4.2.1 PdCuNi/C催化剂的制备
        4.2.2 PdCoNi/C催化剂的制备
    4.3 PdCuNi/C催化剂结果与讨论
        4.3.1 PdCuNi/C催化剂的物理表征
        4.3.2 PdCuNi/C催化剂的电化学性能
    4.4 PdCoNi/C催化剂结果与讨论
        4.4.1 PdCoNi/C催化剂的物理表征
        4.4.2 PdCoNi/C催化剂的电化学性能
    4.5 本章小结
第5章 结论与展望
参考文献
致谢
在读期间发表论文情况



本文编号：3160848