石墨烯担载直接甲醇燃料电池Pt基二元催化剂的制备和表征

发布时间：2017-07-16 10:12

  本文关键词：石墨烯担载直接甲醇燃料电池Pt基二元催化剂的制备和表征

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【摘要】：直接甲醇燃料电池(DMFC)以其结构简单、能量密度高和环境友好等优点而广受关注,然而目前Pt基催化剂的催化效率低、稳定性差等问题制约着DMFC的商业化,因此如何设计和制备高效能的催化剂是提高电池性能关键因素之一。本论文基于石墨烯材料制备了两种新型的Pt基二元催化剂,并对其催化性能和稳定性进行了细致的研究。以石墨烯为载体,以Ni2P为修饰成分,使用微波辅助法制备了新型Pt-Ni2P/G催化剂,并与之对比制备了Pt/G催化剂。通过XRD、TEM、XPS等物理方法对其进行了结构和形貌测试,发现Pt-Ni2P/G催化剂的粒径变小、分散性更好,Ni2P、Pt和石墨烯之间发生了电子转移,改变了Pt的电子云结构。通过循环伏安、CO溶出、计时电流测试等电化学方法对其进行了电催化能力测试,结果表明,Pt-Ni2P/G有更大电化学活性面积,其甲醇氧化峰值电流为21.84 m A cm-2,高于P/G的16.28 m A cm-2,因而具有更高的催化活性和更优异的抗中毒能力。为探索不同二元成分对催化剂性能的影响,以石墨烯为载体,以Mn O2为修饰成分,制备了Pt-Mn O2/r GO(PMG)催化剂。为进一步提升催化剂性能,以低碳糖衍生物L-抗坏血酸(C6H8O6)为碳源在Mn O2表面进行原位包覆,制备了新型Pt-Mn O2/r GO-L催化剂(PMGL),增强了Pt、Mn O2和石墨烯之间的相互作用。测试结果表明:在稳定性分析中,PMGL、PMG、PG三种催化剂的电流密度大小分别为2.97 m A cm-2、1.36 m A cm-2和0.84 m A cm-2,。在单电池性能测试中,PMGL催化剂对应的功率密度最大为26.31 m W cm-2,其次为PMG的21.11 m W cm-2,最小为PG的16.13 m W cm-2。以上结果反映了Mn O2与Pt的协同效应,更体现了原位碳化中L-抗坏血酸对纳米粒子的锚定以及对稳定性的提升作用。本文制备的基于石墨烯的新型二元催化剂具有很大的研究和实用价值。
【关键词】：直接甲醇燃料电池 石墨烯 磷化镍 二氧化锰 L-抗坏血酸
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM911.4
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-24
• 1.1 燃料电池概况10-11
• 1.2 直接甲醇燃料电池11-13
• 1.3 DMFC阳极催化剂研究现状13-16
• 1.4 催化剂载体16-22
• 1.4.1 碳黑16-17
• 1.4.2 碳纳米管17-18
• 1.4.3 石墨烯18-22
• 1.5 催化剂制备方法22-23
• 1.5.1 浸渍还原法22
• 1.5.2 电化学沉积法22
• 1.5.3 微波还原法22-23
• 1.6 本文的研究内容23-24
• 第2章 实验方法与原理24-31
• 2.1 甲醇电化学氧化过程与机理24-25
• 2.2 形貌与组成分析25-27
• 2.2.1 透射电子显微分析（TEM）25
• 2.2.2 X射线衍射分析 (XRD)25-26
• 2.2.3 X射线光电子能谱分析 (XPS)26
• 2.2.4 拉曼分析 (Raman Spectroscopy)26-27
• 2.3 电化学测试分析27-29
• 2.3.1 循环伏安法测试（CV）27-28
• 2.3.2 CO溶出伏安测试 (CO stripping)28
• 2.3.3 计时电流测试 (I-t)28
• 2.3.4 交流阻抗测试 (EIS)28-29
• 2.4 三电极测试体系29-30
• 2.5 DMFC的组装与测试30-31
• 2.5.1 Nafion膜的预处理30
• 2.5.2 膜电极的制备30
• 2.5.3 单电池性能测试30-31
• 第3章 Pt-Ni_2P/G二元催化剂的制备和表征31-45
• 3.1 前言31-32
• 3.2 实验部分32-34
• 3.2.1 主要仪器和试剂32-33
• 3.2.2 实验方法和过程33-34
• 3.3 结果与讨论34-43
• 3.3.1 催化剂的组成与形貌分析34-38
• 3.3.2 催化剂电化学分析38-43
• 3.4 本章小结43-45
• 第4章 Pt-MnO_2/rGO二元催化剂的制备和表征45-57
• 4.1 前言45-46
• 4.2 实验部分46-47
• 4.2.1 主要仪器和试剂46
• 4.2.2 实验方法和过程46-47
• 4.3 结果与讨论47-55
• 4.3.1 催化剂的组成和形貌分析47-51
• 4.3.2 催化剂电化学分析51-55
• 4.4 本章小结55-57
• 结论57-59
• 参考文献59-66
• 攻读学位期间发表的学术论文及其他成果66-69
• 致谢69

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

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3 胡忠良;蒋海云;赵学辉;李娜;丁燕鸿;;石墨烯制备的方法、特性及基本原理[J];材料导报;2014年11期

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中国博士学位论文全文数据库 前1条

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本文编号：548185