质子交换膜燃料电池功能化催化剂研究

发布时间：2023-09-18 19:21

　　伴随着质子交换膜燃料电池(PEMFC)的发展,商业化时代的燃料电池进程也在不断加快。催化剂作为燃料电池的关键点之一,面临着如何提高性能与寿命的课题。同时膜电极(MEA)“水淹”问题也是导致催化剂活性寿命与衰减的问题之一。为了提高燃料电池催化剂的耐久性,本文将从制备憎水性催化剂和制备Pt纳米线催化剂两个方面进行研究,从而提高催化剂的电化学性能以及耐久性。第一部分是通过对碳载体进行氧化处理、对催化剂进行还原处理,并通过循环伏安法验证耐久性变化、通过接触角测量验证憎水性改变。实验结果及分析表明,通过对载体进行氧化预处理能够提升载体的载Pt能力以及耐久性,同时还原处理清除催化剂表面的亲水含氧官能团则提升了憎水性。经两千圈寿命测试,通过对催化剂进行憎水性功能化处理,催化剂的寿命要优于商业催化剂。另一部分是通过模板法制备Pt纳米线催化剂。首先利用软模板法来制备Pt纳米线,通过透射电镜我们能够清晰的看到经过软模板法得到生长良好、长度均一的Pt纳米线,说明此方法真实可行。其次利用更为简单易行的无模板法,我们选择碳纳米管作为催化剂载体制备纳米线催化剂。将其与商业催化剂进行对比,通过循环伏安测试纳米线催化...

【文章页数】：65 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 质子交换膜燃料电池简介
        1.2.1 质子交换膜燃料电池的组成
        1.2.2 质子交换膜燃料电池的工作原理
        1.2.3 质子交换膜燃料电池的发展
    1.3 质子交换膜燃料电池催化剂简介
        1.3.1 电催化剂的特点
        1.3.2 质子交换膜燃料电池电催化剂的种类
        1.3.3 电催化剂的制备方法
    1.4 催化剂的载体
        1.4.1 碳类载体
        1.4.2 非碳类载体
        1.4.3 复合载体
    1.5 催化剂的衰减机理
        1.5.1 Pt粒子的溶解流失
        1.5.2 Pt颗粒的长大
        1.5.3 碳载体的腐蚀
    1.6 提高质子交换膜燃料电池催化剂稳定性的研究进展
        1.6.1 催化剂优化
        1.6.2 催化剂载体优化
    1.7 选题意义与研究内容
        1.7.1 课题的研究意义
        1.7.2 课题的研究内容
第二章 耐腐蚀和憎水Pt/C催化剂的制备和电化学表征
    2.1 引言
    2.2 实验过程
        2.2.1 实验原料
        2.2.2 实验仪器
        2.2.3 碳载体的预处理
        2.2.4 催化剂的制备
        2.2.5 催化剂的还原处理
        2.2.6 物理表征方法
        2.2.7 电化学测试与单电池测试
    2.3 实验结果与讨论
        2.3.1 氧化预处理对载体产生的影响
        2.3.2 不同处理方法对载体亲水性的影响
        2.3.3 Pt/C催化剂的测试表征
        2.3.4 单电池测试
    2.4 本章小结
第三章 Pt纳米线催化剂的制备方法的研究与性能表征
    3.1 引言
    3.2 实验过程
        3.2.1 实验原料
        3.2.2 实验仪器
        3.2.3 Pt纳米线催化剂的制备
        3.2.4 物理表征方法
        3.2.5 电化学测试与单电池测试
    3.3 实验结果与讨论
        3.3.1 软模板合成Pt纳米线及条件探索
        3.3.2 软模板制备催化剂
        3.3.3 无模板法合成Pt纳米线催化剂
        3.3.4 无模板法合成Pt纳米线催化剂电化学性能测试
        3.3.5 无模板法合成Pt纳米线催化剂单电池测试
    3.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的学术论文
致谢



本文编号：3848130