PtCr合金电催化剂的制备及其对甲醇、乙醇电催化性能研究
发布时间：2021-11-16 23:48
近年来,围绕甲醇、乙醇作为燃料的直接醇类燃料电池（DAFCs）展开了广泛的学术研究。然而,制约DAFCs发展的主要问题之一是电催化剂性能不佳。由于甲醇、乙醇的电催化氧化反应比较复杂,C-C、C-O化学键的断裂在Pt催化剂的催化下难以彻底进行,燃料中的能量不能完全释放,致使DAFCs使用效率降低。（1）本论文采用一步法碳化成功制备了 PtCr/C纳米合金阳极电催化剂,并使用X射线衍射（XRD）、场发射扫描电镜（FESEM）、透射电镜（TEM）、X射线光电子能谱（XPS）等物理表征手段对电催化剂的微观形貌、晶体结构以及表面化学状态进行结构表征。结果表明,PtCr/C纳米合金电催化剂内部同时存在两种物相结构——CrPt与Cr3C2,并且载体成分中的碳呈石墨化。催化剂在FESEM观察下表现出的粒径尺寸均在62 nm左右,且分布均匀。CV法等电化学分析技术对PtCr/C纳米合金电催化剂的电化学催化活性、稳定性与抗CO中毒能力进行深入分析。其中,PtCr/C-45%催化剂展现出最优的MOR/EOR电化学催化活性与抗CO中毒能力,其MOR峰电流密度为603.74 mA mg-1Pt,EOR中的峰电流...
【文章来源】：辽宁科技大学辽宁省
【文章页数】：55 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
直接甲醇燃料电池（DMFCs）工作原理示意图[5]
的位置上，分别了出现的衍射峰，对应于 CrPt 合金化合物的（110），（111）和（002）晶面，由此可以充分证实 CrPt 合金晶体结构的形成，而不是简单的 Pt、Cr 两种成分体相接触。XRD 图中没有发现任何金属 Cr 或含 Cr 氧化物的衍射峰，说明 Cr 成分已经完全被碳化或与 Pt 结合形成 CrPt 合金相。CrPt 和 Cr3C2 的平均晶粒尺寸可由谢勒公式（式 3.1）计算得出，计算结果记入表 3.1 中， D = （3.1） 其中 λ 代表 X 射线的波长（本实验使用 Cu 靶，波长为 0.15418 nm），θ 为与出现的每个衍射峰相对应的衍射角，β 是各个衍射峰与之对应的半波峰宽，K则为常数值（K 取 0.89）。
3.PtCr/C纳米合金电催化剂结构及电化学性能分析20图3.2PtCr/C纳米合金催化剂的Raman光谱Fig.3.2RamanspectraofPtCr/Cnanoalloyelectrocatalysts.PtCr/C纳米合金催化剂成分的表面化学状态，通过X射线光电子能谱（XPS）来表征。从图3.3中可以看出，所有的催化剂只有大部分呈PtⅡ价态的前驱体在合成过程中被还原为Pt0，以金属态存在。其余PtⅡ的存在的原因，可能是由于在反应过程中未被彻底还原的Pt。因此，Pt04f5/2和Pt04f7/2的衍射强度明显高于PtⅡ4f5/2和PtⅡ4f7/2。通过拟合后的分峰数据计算，Pt0物种的峰面积分别占Pt4f价带能谱总峰面积的61.01ca.%，61.62ca.%和62.52ca.%。每组样品的Pt0物种峰面积均比商业Pt/C催化剂（54.5%）要高，说明本方法制备的催化剂具有比商业Pt/C催化剂更高的Pt0含量。Pt0物种含量较高，对CO分子有较弱的亲和力，拥有较强的抗CO中毒能力。图3.3PtCr/C纳米合金催化剂的Pt4f能级XPS分析（a）PtCr/C-30%、（b）PtCr/C-45%、（c）PtCr/C-60%Fig.3.3XPSspectraofthePtCr/Cnanoalloyelectrocatalysts(a)30%,(b)45%and(c)60%inthePt4fregion.
【参考文献】：
期刊论文
[1]直接甲醇燃料电池非贵金属阳极催化剂研究进展[J]. 于晓颖,张杰. 中国粉体工业. 2018(01)
[2]直接乙醇燃料电池阳极催化剂Pt-CeO2/C的制备与性能表征[J]. 郭瑞华,张捷宇,周国治,安胜利,莫逸杰. 稀有金属材料与工程. 2018(01)
[3]Effect of CeO2-ZrO2 on Pt/C electrocatalysts for alcohols oxidation[J]. 王青春,刘振朋,安胜利,王瑞芬,王艳玲,徐拓. Journal of Rare Earths. 2016(03)
[4]多壁碳纳米管负载铂立方体的制备及对乙醇电催化氧化性能[J]. 李艳艳,饶路,姜艳霞,刘子立,贺春兰,张斌伟,孙世刚. 高等学校化学学报. 2013(02)
[5]微波法合成PtMox/C催化剂及其甲醇电氧化催化性能[J]. 杜娟,原鲜霞,余江虹,马紫峰. 电源技术. 2007(11)
博士论文
[1]燃料电池电极反应机理及低铂催化剂的研究[D]. 骆明川.北京化工大学 2016
[2]直接乙醇燃料电池新型阳极催化剂的研究[D]. 张新卫.北京交通大学 2011
本文编号：3499800
【文章来源】：辽宁科技大学辽宁省
【文章页数】：55 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
直接甲醇燃料电池（DMFCs）工作原理示意图[5]
的位置上，分别了出现的衍射峰，对应于 CrPt 合金化合物的（110），（111）和（002）晶面，由此可以充分证实 CrPt 合金晶体结构的形成，而不是简单的 Pt、Cr 两种成分体相接触。XRD 图中没有发现任何金属 Cr 或含 Cr 氧化物的衍射峰，说明 Cr 成分已经完全被碳化或与 Pt 结合形成 CrPt 合金相。CrPt 和 Cr3C2 的平均晶粒尺寸可由谢勒公式（式 3.1）计算得出，计算结果记入表 3.1 中， D = （3.1） 其中 λ 代表 X 射线的波长（本实验使用 Cu 靶，波长为 0.15418 nm），θ 为与出现的每个衍射峰相对应的衍射角，β 是各个衍射峰与之对应的半波峰宽，K则为常数值（K 取 0.89）。
3.PtCr/C纳米合金电催化剂结构及电化学性能分析20图3.2PtCr/C纳米合金催化剂的Raman光谱Fig.3.2RamanspectraofPtCr/Cnanoalloyelectrocatalysts.PtCr/C纳米合金催化剂成分的表面化学状态，通过X射线光电子能谱（XPS）来表征。从图3.3中可以看出，所有的催化剂只有大部分呈PtⅡ价态的前驱体在合成过程中被还原为Pt0，以金属态存在。其余PtⅡ的存在的原因，可能是由于在反应过程中未被彻底还原的Pt。因此，Pt04f5/2和Pt04f7/2的衍射强度明显高于PtⅡ4f5/2和PtⅡ4f7/2。通过拟合后的分峰数据计算，Pt0物种的峰面积分别占Pt4f价带能谱总峰面积的61.01ca.%，61.62ca.%和62.52ca.%。每组样品的Pt0物种峰面积均比商业Pt/C催化剂（54.5%）要高，说明本方法制备的催化剂具有比商业Pt/C催化剂更高的Pt0含量。Pt0物种含量较高，对CO分子有较弱的亲和力，拥有较强的抗CO中毒能力。图3.3PtCr/C纳米合金催化剂的Pt4f能级XPS分析（a）PtCr/C-30%、（b）PtCr/C-45%、（c）PtCr/C-60%Fig.3.3XPSspectraofthePtCr/Cnanoalloyelectrocatalysts(a)30%,(b)45%and(c)60%inthePt4fregion.
【参考文献】：
期刊论文
[1]直接甲醇燃料电池非贵金属阳极催化剂研究进展[J]. 于晓颖,张杰. 中国粉体工业. 2018(01)
[2]直接乙醇燃料电池阳极催化剂Pt-CeO2/C的制备与性能表征[J]. 郭瑞华,张捷宇,周国治,安胜利,莫逸杰. 稀有金属材料与工程. 2018(01)
[3]Effect of CeO2-ZrO2 on Pt/C electrocatalysts for alcohols oxidation[J]. 王青春,刘振朋,安胜利,王瑞芬,王艳玲,徐拓. Journal of Rare Earths. 2016(03)
[4]多壁碳纳米管负载铂立方体的制备及对乙醇电催化氧化性能[J]. 李艳艳,饶路,姜艳霞,刘子立,贺春兰,张斌伟,孙世刚. 高等学校化学学报. 2013(02)
[5]微波法合成PtMox/C催化剂及其甲醇电氧化催化性能[J]. 杜娟,原鲜霞,余江虹,马紫峰. 电源技术. 2007(11)
博士论文
[1]燃料电池电极反应机理及低铂催化剂的研究[D]. 骆明川.北京化工大学 2016
[2]直接乙醇燃料电池新型阳极催化剂的研究[D]. 张新卫.北京交通大学 2011
本文编号：3499800
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