碱性直接甲醇燃料电池阳极催化剂电化学制备及性能研究

发布时间：2017-07-28 20:19

  本文关键词：碱性直接甲醇燃料电池阳极催化剂电化学制备及性能研究

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【摘要】：为实现碱性甲醇氧化反应催化剂的高Pt利用率、高活性和稳定性,采用诱导电沉积法制备出Pt-on-Au/CNTs催化剂并对其活性和催化机理进行分析。为考察Pd替代Pt可能性,采用诱导电沉积法制备出Pd-on-Au/CNTs催化剂,并与Pt-on-Au/CNTs进行活性和稳定性比较,进一步设计出Pt-on-Pd类催化剂,该催化剂对碱性甲醇、乙醇氧化的活性和稳定性比Pt/CNTs、Pd/CNTs都要好。用诱导电沉积法制备出不同Pt含量的Pt-on-Au系列催化剂,催化碱性甲醇氧化反应(MOR)。该系列催化剂对MOR表现出极高质量活性,催化机理可能涉及Pt与Au之间协同作用,其中Pt提供Pt-OH可氧化Au表面活性位上吸附的甲氧基吸附质(CH3O-)。为进一步提高催化剂活性和稳定性并认识催化机理,用电沉积方法制备了系列催化剂如Pt-on-Au/CNTs、Pd-on-Au/CNTs、Pt-on-Pd/CNTs、Pt-on-Pd-on-Au/CNTs、Pd-on-Pt/CNTs等。活性和稳定性结果表明,Pt-on-Au/CNTs催化剂活性高于Pd-on-Au/CNTs,而后者稳定性更好。鉴于此,结合Pt和Pd组分各自优点制备出Pt-on-Pd-on-Au/CNTs和Pt-on-Pd/CNTs催化剂。这两种催化剂活性均高于Pd-on-Au/CNTs和Pd/CNTs,而稳定性优于Pt-on-Au/CNTs,表明在催化甲醇氧化反应中Pt和Pd之间存在协同作用。计算结果表明,含有相当低含量Pt的Pt-on-Pd/CNTs催化剂对甲醇氧化反应的总质量活性与Pt/CNTs催化剂相当。为拓展催化剂对其它燃料在碱性条件氧化催化的可能应用,测试了Pt/CNTs、Pd/CNTs催化剂对碱性甲醇、乙醇、甲酸钾氧化催化活性随温度的变化,表明温度增加对甲醇氧化活性提高最明显。对甲醇或乙醇电氧化,Pt活性均高于Pd,但Pt在乙醇中失活较Pd快。催化剂Pt-on-Pd对甲醇和乙醇的氧化峰电流和计时电流比Pt和Pd高,表明其活性和稳定性更佳。
【关键词】：电化学制备 碱性直接甲醇燃料电池 催化剂 活性 协同作用 稳定性
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O643.36;TM911.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-20
• 1.1 燃料电池概述10-12
• 1.1.1 燃料电池的研究背景及发展历史10-11
• 1.1.2 燃料电池的分类及特点11
• 1.1.3 燃料电池的应用11-12
• 1.2 碱性直接甲醇燃料电池概述12-18
• 1.2.1 ADMFC的工作原理13-14
• 1.2.2 甲醇电氧化的机理14-15
• 1.2.3 DMFC阳极催化剂15-16
• 1.2.4 DMFC阳极催化剂的制备方法16-18
• 1.3 论文计划18-20
• 1.3.1 研究思路18
• 1.3.2 研究内容18-20
• 2 实验试剂、仪器与研究方法20-25
• 2.1 实验试剂与仪器20-21
• 2.2 CNTs的预处理21
• 2.3 物理分析方法21
• 2.3.1 透射电镜测试（TEM）21
• 2.3.2 X射线衍射（XRD）21
• 2.4 电化学分析方法21-25
• 2.4.1 实验装置21-22
• 2.4.2 电极制备22
• 2.4.3 循环伏安法（cyclic voltammetry，CV）22-24
• 2.4.4 线性扫描伏安法（linear sweep voltammetry，LSV）24
• 2.4.5 电流-时间曲线（Amperometric I-t Curve）24-25
• 3 催化剂Pt-on-Au的制备及活性、稳定性研究25-40
• 3.1 实验部分25-27
• 3.1.1Au/CNTs和Au/SnO_2-CNTs的制备25
• 3.1.2 诱导电沉积法制备催化剂Pt-on-Au、Au-on-Pt25-26
• 3.1.3 SnO_2/CNTs和Pt/CNTs的制备及SnO_2的助催化作用研究26-27
• 3.2 结果与讨论27-38
• 3.2.1 不同Pt负载量的Pt-on-Au催化剂的活性比较27-30
• 3.2.2 催化剂Pt-on-Au/SnO_2-CNTs中SnO_2的助催化作用30-31
• 3.2.3 催化剂Pt-on-Au中Pt与Au的协同作用分析31-38
• 3.2.4 催化剂Pt-on-Au的稳定性分析38
• 3.3 本章小结38-40
• 4 Pt-on-Pd催化剂活性、稳定性分析40-59
• 4.1 实验部分40-41
• 4.1.1 M-on-Au/CNTs(M= Bi、Ru、Cu、Pd)的制备40
• 4.1.2 Pd-on-Au/CNTs与Au-on-Pd/CNTs催化剂的制备40-41
• 4.1.3 Pt-on-Pd-on-Au、Pt-on-Pd和Pd-on-Pt催化剂制备41
• 4.2 结果与讨论41-58
• 4.2.1 M-on-Au/CNTs(M= Bi、Ru、Cu、Pd)的MOR活性研究41-43
• 4.2.2 Pd-on-Au催化剂的活性、稳定性43-48
• 4.2.3 Pt-on-Au/CNTs和Pd-on-Au/CNTs的活性、稳定性定量比较48-51
• 4.2.4 Pt-on-Pd活性、稳定性分析51-53
• 4.2.5 Pt-on-Pd中Pt与Pd的协同作用分析53-55
• 4.2.6 Pt、Pd和Pt-on-Pd在不同温度下分别对甲醇、乙醇和甲酸钾的活性、稳定性分析55-58
• 4.3 本章小结58-59
• 5 结论59-61
• 参考文献61-66
• 个人简历、攻读硕士期间发表论文情况66-67
• 致谢67

【参考文献】

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1 ;In situ preparation and the characterization of Pt/SnO_2[J];Chinese Chemical Letters;2012年03期

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本文编号：585844