碳纳米管负载铂-金属氮化物催化剂结构及氧还原性能研究
发布时间：2023-03-09 21:17
燃料电池的工作效率主要由电极上的催化剂决定。目前,商业化的Pt/C催化剂存在载体碳与金属活性组分铂结合不牢固的缺点,在燃料电池长期运行过程中,炭黑容易被腐蚀,导致Pt催化剂的团聚或脱落,致使催化剂的使用寿命下降的缺点。因此,开发具有高活性、高稳定性和耐腐蚀性的新型催化剂并研究其催化机理很有必要。本论文针对目前燃料电池阴极催化剂成本高、稳定性差的缺点,着重从合成方法、助催化剂的添加、载体选择三方面对铂基催化剂进行研究,探讨了催化剂组成与催化剂性能的关系。具体内容如下:1.本论文以CoCl2?6H2O、TiCl4为原料,碳纳米管(CNT)为载体,经溶胶凝胶法制备CNT负载钴、钛金属氧化物前驱体;经NH3气氛中高温还原法成功制备Co-Ti-N/CNT的催化剂。研究表明,通过溶胶凝胶法并氨气还原的方法成功制备了系列不同钴、钛配比和碳纳米管载体加入量的Co-Ti-N/CNT催化剂。其活性成分为钴金属氮化物Co-N,同时,反应还生成了Ti-N,作为助催化剂,负载在碳纳米管上。合成催化剂过程中碳纳米管可以与氮结合,生成C-N结构。其系...
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 前言
1.2 燃料电池简介
1.2.1 质子交换膜燃料电池
1.2.1.1 直接甲醇燃料电池
1.3 电催化理论简介
1.3.1 PEMFC反应机理
1.4 PEMFC的发展现状以及所面临的问题
1.5 PEMFC催化剂分类及研究进展
1.5.1 铂基合金催化剂
1.5.2 非贵金属催化剂
1.5.3 非金属催化剂
1.6 PEMFC载体分类及研究进展
1.6.1 碳类载体
1.6.1.1 炭黑
1.6.1.2 介孔碳
1.6.1.3 碳纳米管
1.6.1.4 石墨烯
1.6.2 非碳类载体
1.6.2.1 碳化物
1.6.2.2 金属氧化物
1.6.2.3 过渡金属氮化物
1.7 本论文的研究目的、意义及内容
1.7.1 研究目的和意义
1.7.2 研究内容
第二章 实验部分
2.1 实验试剂、材料及仪器
2.1.1 主要实验试剂与材料
2.1.2 主要实验仪器
2.2 催化剂的物理表征
2.2.1 X射线衍射分析
2.2.2 扫描电子显微镜测试
2.2.3 透射电子显微镜测试
2.2.4 X射线光电子能谱分析
2.3 催化剂的氧还原活性测试
2.3.1 工作电极的制备
2.3.2 电化学测试方法
2.3.2.1 循环伏安法
2.3.2.2 线性伏安法
2.3.2.3 旋转圆盘电极测试
2.3.2.4 旋转环盘电极测试
2.3.2.5 计时电流法
第三章 Co-Ti-N/CNT催化剂的制备与性能研究
3.1 引言
3.2 Co-Ti-N/CNT催化剂的制备
3.3 钴钛配比对催化剂性能的影响
3.3.1 X射线衍射分析
3.3.2 催化剂的形貌分析
3.3.3 催化剂氧还原活性
3.4 碳纳米管加入量对催化剂性能的影响
3.4.1 X射线衍射分析
3.4.2 催化剂的形貌分析
3.4.3 催化剂氧还原活性
3.5 酸处理对Co-Ti-N/CNT催化剂的组成和性能影响
3.5.1 X射线衍射分析
3.5.2 催化剂的形貌分析
3.5.3 催化剂氧还原活性
3.6 本章小结
第四章 NaBH4还原法制备Pt-Co/TiN-CNT催化剂的结构与性能研究
4.1 引言
4.2 NaBH4还原法制备Pt/TiN-CNT催化剂
4.3 NaBH4还原法制备Pt-Co/TiN-CNT催化剂
4.4 铂负载量及CNT量对Pt/TiN-CNT催化剂性能的影响
4.4.1 X射线衍射分析
4.4.2 催化剂的形貌
4.4.3 催化剂氧还原活性
4.5 Co元素添加对Pt/TiN-CNT催化剂性能的影响
4.5.1 X射线衍射分析
4.5.2 催化剂的形貌
4.5.3 催化剂氧还原活性
4.6 本章小结
第五章 溶胶凝胶-程序氨还原法制备Pt-CoN/TiN-CNT催化剂的结构与性能研究
5.1 引言
5.2 溶胶凝胶-程序氨还原法制备Pt-CoN/TiN-CNT催化剂
5.3 钴钛配比对催化剂形貌及性能的影响
5.3.1 X射线衍射分析
5.3.2 催化剂的SEM形貌
5.3.3 催化剂的TEM形貌
5.3.4 X射线光电子能谱测试
5.4 催化剂氧还原活性及稳定性
5.4.1 氧还原活性测试
5.4.2 催化剂稳定性测试
5.5 本章小结
第六章 结论与展望
6.1 论文的主要研究成果和结论
6.2 前景展望与后续工作建议
参考文献
攻读硕士学位期间所发表的论文
致谢
本文编号：3758308
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 前言
1.2 燃料电池简介
1.2.1 质子交换膜燃料电池
1.2.1.1 直接甲醇燃料电池
1.3 电催化理论简介
1.3.1 PEMFC反应机理
1.4 PEMFC的发展现状以及所面临的问题
1.5 PEMFC催化剂分类及研究进展
1.5.1 铂基合金催化剂
1.5.2 非贵金属催化剂
1.5.3 非金属催化剂
1.6 PEMFC载体分类及研究进展
1.6.1 碳类载体
1.6.1.1 炭黑
1.6.1.2 介孔碳
1.6.1.3 碳纳米管
1.6.1.4 石墨烯
1.6.2 非碳类载体
1.6.2.1 碳化物
1.6.2.2 金属氧化物
1.6.2.3 过渡金属氮化物
1.7 本论文的研究目的、意义及内容
1.7.1 研究目的和意义
1.7.2 研究内容
第二章 实验部分
2.1 实验试剂、材料及仪器
2.1.1 主要实验试剂与材料
2.1.2 主要实验仪器
2.2 催化剂的物理表征
2.2.1 X射线衍射分析
2.2.2 扫描电子显微镜测试
2.2.3 透射电子显微镜测试
2.2.4 X射线光电子能谱分析
2.3 催化剂的氧还原活性测试
2.3.1 工作电极的制备
2.3.2 电化学测试方法
2.3.2.1 循环伏安法
2.3.2.2 线性伏安法
2.3.2.3 旋转圆盘电极测试
2.3.2.4 旋转环盘电极测试
2.3.2.5 计时电流法
第三章 Co-Ti-N/CNT催化剂的制备与性能研究
3.1 引言
3.2 Co-Ti-N/CNT催化剂的制备
3.3 钴钛配比对催化剂性能的影响
3.3.1 X射线衍射分析
3.3.2 催化剂的形貌分析
3.3.3 催化剂氧还原活性
3.4 碳纳米管加入量对催化剂性能的影响
3.4.1 X射线衍射分析
3.4.2 催化剂的形貌分析
3.4.3 催化剂氧还原活性
3.5 酸处理对Co-Ti-N/CNT催化剂的组成和性能影响
3.5.1 X射线衍射分析
3.5.2 催化剂的形貌分析
3.5.3 催化剂氧还原活性
3.6 本章小结
第四章 NaBH4还原法制备Pt-Co/TiN-CNT催化剂的结构与性能研究
4.1 引言
4.2 NaBH4还原法制备Pt/TiN-CNT催化剂
4.3 NaBH4还原法制备Pt-Co/TiN-CNT催化剂
4.4 铂负载量及CNT量对Pt/TiN-CNT催化剂性能的影响
4.4.1 X射线衍射分析
4.4.2 催化剂的形貌
4.4.3 催化剂氧还原活性
4.5 Co元素添加对Pt/TiN-CNT催化剂性能的影响
4.5.1 X射线衍射分析
4.5.2 催化剂的形貌
4.5.3 催化剂氧还原活性
4.6 本章小结
第五章 溶胶凝胶-程序氨还原法制备Pt-CoN/TiN-CNT催化剂的结构与性能研究
5.1 引言
5.2 溶胶凝胶-程序氨还原法制备Pt-CoN/TiN-CNT催化剂
5.3 钴钛配比对催化剂形貌及性能的影响
5.3.1 X射线衍射分析
5.3.2 催化剂的SEM形貌
5.3.3 催化剂的TEM形貌
5.3.4 X射线光电子能谱测试
5.4 催化剂氧还原活性及稳定性
5.4.1 氧还原活性测试
5.4.2 催化剂稳定性测试
5.5 本章小结
第六章 结论与展望
6.1 论文的主要研究成果和结论
6.2 前景展望与后续工作建议
参考文献
攻读硕士学位期间所发表的论文
致谢
本文编号：3758308
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