燃料电池用耐降解细菌纤维素复合膜的制备

发布时间：2017-07-06 18:15

  本文关键词：燃料电池用耐降解细菌纤维素复合膜的制备

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【摘要】：细菌纤维素膜(BCM)是一种具有高力学性能,高化学稳定性、成本低等特点的环境友好型可再生生物材料,被广泛应用于食品、光学材料、薄膜材料、生物医用材料等领域。本文通过湿化学法将氧化铈催化剂和铂纳米粒子负载在细菌纤维素膜上。通过水热法将氧化铈负载在细菌纤维素上。用硼氢化钠还原氯铂酸,在氧化铈/细菌纤维素复合膜上掺杂铂纳米粒子,制备出了Pt/CeO2/BC复合膜。通过X射线光电子能谱(XPS)证实了氧化铈和铂纳米粒子的存在。通过扫描电子显微镜(SEM),透射电镜(TEM)X射线衍射(XRD),观察研究了复合膜的微观形貌结构。氧化铈纳米粒子的直径在30-50nm,铂纳米粒子的直径约为2-3nm,这些纳米粒子定向分布在细菌纤维素纳米纤维表面。通过TEM观察发现纳米粒子的分散性良好,很少出现团聚现象。在分解过氧化氢溶液的试验中制备的复合膜展现出良好的催化性能。通过加速化学分解实验发现CeO2/BC复合膜可以有效的减缓膜的化学降解,但过氧基自由基仍会对纤维素分子链造成损失。Pt/CeO2/BC复合膜在长时间加速降解后质量、力学性能都没有明显下降。说明掺杂铂纳米粒子的复合膜具有更高的自由基捕捉能力,能在更大程度上缓解质子交换膜的化学降解问题。
【关键词】：细菌纤维素膜 质子交换膜 自由基捕捉剂
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.2;TM911.4
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-25
• 1.1 燃料电池10-14
• 1.1.1 质子交换膜燃料电池10-11
• 1.1.2 质子交换膜11-13
• 1.1.3 PEM的降解13-14
• 1.2 氧化铈的介绍14-18
• 1.2.1 化学沉淀法制备氧化铈15-16
• 1.2.2 水热合成氧化铈16-17
• 1.2.3 氧化铈的掺杂17-18
• 1.3 细菌纤维素简介18-23
• 1.3.1 细菌纤维的合成18-19
• 1.3.2 细菌纤维素的结构19-20
• 1.3.3 细菌纤维素的应用20-23
• 1.4 本文的研究内容及意义23-25
• 1.4.1 本文的研究背景23
• 1.4.2 本文的研究内容23-25
• 2 CeO_2/细菌纤维素膜复合膜的制备与表征25-44
• 2.1 引言25
• 2.2 实验试剂和仪器25-27
• 2.2.1 实验试剂25-26
• 2.2.2 实验仪器26-27
• 2.3 CeO_2/BC复合膜的制备27-29
• 2.3.1 BC膜的制备27-28
• 2.3.2 CeO_2/BC复合膜的制备原理28
• 2.3.3 纳米CeO_2的制备28-29
• 2.3.4 CeO_2/BC复合膜的制备29
• 2.4 性能分析和表征29-30
• 2.4.1 X射线衍射分析(XRD)29
• 2.4.2 傅里叶变换红外光谱(FT-IR)29
• 2.4.3 热重分析(TGA)29-30
• 2.4.4 扫面电子显微镜(SEM)30
• 2.4.5 透射电子显微镜(TEM)30
• 2.4.6 X射线光电子能谱(XPS)30
• 2.5 CeO_2/BC复合膜的表征30-43
• 2.5.1 CeO_2/BC复合膜的XRD分析30-34
• 2.5.2 CeO_2/BC复合膜的FT-IR分析34-35
• 2.5.3 CeO_2/BC复合膜的热重分析(TGA)35-36
• 2.5.4 CeO_2/BC复合膜的XPS分析36-40
• 2.5.5 CeO_2/BC复合膜的SEM40-41
• 2.5.6 CeO_2/BC复合膜的TEM41-43
• 2.6 本章小节43-44
• 3 Pt/CeO_2/细菌纤维素膜复合膜的备与表征44-57
• 3.1 引言44
• 3.2 实验试剂和仪器44-45
• 3.2.1 实验试剂44
• 3.2.2 实验仪器44-45
• 3.3 Pt/CeO_2/BC复合膜的制备45
• 3.4 Pt/CeO_2/BC复合膜的表征与测试45-46
• 3.4.1 Pt/CeO_2/BC复合膜的结构表征45
• 3.4.2 Pt/CeO_2/BC复合膜的性能测试45-46
• 3.4.2.1 Pt/CeO_2/BC复合膜催化分解性能测试45
• 3.4.2.2 Pt/CeO_2/BC复合膜加速化学降解实验45-46
• 3.4.2.3 膜拉伸强度测试46
• 3.4.2.4 复合膜离子电导率测试46
• 3.5 结果与讨论46-55
• 3.5.1 Pt/CeO_2/BC复合膜的XRD分析46-47
• 3.5.2 Pt/CeO_2/BC复合膜的SEM以及TEM47-48
• 3.5.3 Pt/CeO_2/BC复合膜的XPS分析48-50
• 3.5.4 Pt/CeO_2/BC复合膜的性能测试50-55
• 3.5.4.1 Pt/CeO_2/BC复合膜催化分解性能测试50-53
• 3.5.4.2 Pt/CeO_2/BC复合膜加速化学降解实验53-55
• 3.5.4.3 Pt/CeO_2/BC复合膜质子传导率测试55
• 3.6 本章小节55-57
• 4 结论与展望57-59
• 4.1 结论57
• 4.2 论文创新点57-58
• 4.3 研究课题发展方向58-59
• 致谢59-60
• 参考文献60-71
• 附录71

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