铂钴复合催化剂的可控合成及其电催化性能研究

发布时间：2021-08-18 21:10

　　当前,化石燃料长期使用以及过度燃烧的现状引发了能源危机和环境污染等一系列问题,因而开发并研究出清洁可再生的替代能源已成为解决该问题的紧迫需要。质子交换膜燃料电池（PEMFCs）具有自身清洁稳定和高能量转换效率的优势,近几年来被认为是化石燃料的有效替代者之一。在PEMFC中Pt金属催化剂因其高价稀缺性以及极易受CO中毒等不利因素的影响而在商业化应用中受到了限制。为了克服这一弊端,本研究工作通过向金属Pt中引入廉价的3d过渡金属钴（Co）,并以具有较大比表面积和高导电性等优异性质的二维纳米碳材料作为载体,运用一锅热溶剂法合成了载体负载的PtCo纳米颗粒复合催化剂;在此方法中,以氯化三甲基十六烷基铵（CTAC）或L-脯氨酸为调控分子,分别以1-亚硝基-2-萘酚、液体吡咯、乙二醇为还原剂,通过调控金属前驱体的投料比,可控合成了不同形貌的PtCo复合催化剂。利用傅立叶转换红外线光谱（FTIR）,热重分析（TGA）,X射线光电子能谱（XPS）,透射电子显微镜（TEM）等技术对制得的PtCo纳米复合催化剂进行了结构表征;在此基础上,开展了该系列催化剂的合成机理及其电催化性能的研究（包括甲醇和乙二醇的... 

【文章来源】：浙江师范大学浙江省

【文章页数】：102 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

氧气还原反应机理中多条可能的反应途径图

图 1.2 直接甲醇燃料电池的结构示意图[16]与酸性电解质的DMFCs不同，碱性溶液电解质的DMFCs中含有大量的吸附在催化剂的表面生成含氧活化物，从而促进解离吸附过程中间产物避免催化剂中毒[10, 18]。但碱性电解液的存在降低了催化剂对甲醇的吸碱性电解液的 OH–易和醇类半极反应产生的 CO2混合生成碳酸根[10]，碱性 DMFCs 的使用寿命。此外，DMFCs 的商业化应用仍然受到电池的欧姆损失和电极动力学损失的影响。具体来说，甲醇氧化的阳极反应 电子由于限制不能同时进行传输，从而造成阴极的动力学损失，并且阳产生的 CO 等反应活性中间体会吸附在催化剂表面，使催化剂中毒，从化活性的不断降低[19]。因此，选择高效的电催化剂仍然是实现 DMFC展的重点。发展较成熟的 DMFCs 在具有低成本、高能量密度等优点的同时，也存、高毒性等弊端。相比之下，其他有机小分子液体燃料如乙二醇、丙三

阳极反应：阴极反应：5/2O2+ 10H++ 6e → 5H2O碱性条件下：总反应：2 6 2+ 5/2O2→ 2CO2+ 3H2O阳极反应：2 6 2+ 10OH → 2CO2+ 8H2O + 10e 阴极反应：5/2O2+ 5H2O + 6e → 10OH 图 1.3 为乙二醇的电化学氧化机制图，从图中我们可以看出，除了完全氧化电化学产物 CO2外，还产生一系列诸如乙二酸、乙二醛、乙醛酸、乙醇醛等副产物[22]。一分子乙二醇完全氧化，理想状态下可以释放出 10 分子电子，而际过程中，反应条件的不可逆，以及无法完全同步的电子传递和转移状态下，成了反应电位的损失以及反应活性的降低。因此寻找价格低廉、高效促进电子递和转移、并且性能优异的电极催化剂是直接醇类燃料电池研究中十分重要的部分。

【参考文献】：
期刊论文
[1]室温铁磁性CoPt纳米截角八面体的简易合成及超高电催化特性表征（英文）[J]. 夏田雨,刘家龙,王守国,王超,孙阳,王荣明.  Science China Materials. 2017(01)



本文编号：3350633