燃料电池有序化载体催化剂的制备及表征

发布时间：2017-08-24 06:02

  本文关键词：燃料电池有序化载体催化剂的制备及表征

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【摘要】：随着能源危机的不断上升,环境污染的不断严重,给燃料电池普及应用在日常生活中带来了机会,因为它有产物无污染,可低温操作等优点。催化剂作为燃料电池的关键组成部分,对反应的顺利进行扮演着不可或缺的角色。到目前为止,含贵金属铂的催化剂一直都是人们追逐的主要对象。可是因为铂昂贵的价格,催化剂较短的寿命却使燃料电池事业停滞不前。因此,对降低铂用量,增加催化剂寿命的研究已迫在眉睫,刻不容缓,有利于燃料电池的跨越性发展。本论文通过改进的Hummers法、化学镀、化学气相沉积、传统的浸渍法制备了阵列碳纳米管/石墨烯和聚苯胺/石墨烯载体以及铂/碳纳米管、铂/石墨烯、聚苯胺/石墨烯载铂和阵列碳纳米管/石墨烯载铂催化剂,并利用XRD、TEM、HRTEM、SEM、XPS、Raman、CV、LSV、EIS和计时电流法等测试手段来表征所制备载体和催化剂的微观形貌,结构,组成和其电化学性能。以下为本论文具体内容：1.首先制备了石墨烯和石墨烯载镍/钴的复合材料,再通过气相沉积法来制备阵列碳纳米管/石墨烯载体。分别考察了气相沉积的时间,温度以及碳源的气体流速来最终确定最有利的条件。通过XRD、TEM、 SEM、Raman等来确认制备得到的阵列碳纳米管/石墨烯的微观结构和组成。2.分别用乙二醇和乙炔作为还原剂来还原氯铂酸制备得到阵列碳纳米管/石墨烯载铂催化剂,研究这两种还原剂还原对阵列碳纳米管/石墨烯载体的影响,并对它们进行CV、LSV、EIS和计时电流法的测试来评估催化剂的活性和寿命,并与商业Pt/C进行比较。3.首先制备了聚苯胺/石墨烯载体,之后将氯铂酸通过还原剂乙炔的还原制备了铂/碳纳米管、铂/石墨烯、聚苯胺/石墨烯载铂和阵列碳纳米管/石墨烯载铂催化剂。先通过XRD、TEM来观察其结构形貌,再由CV、LSV、EIS和计时电流法来比较这四种催化剂的电化学活性和稳定性。
【关键词】：阵列 石墨烯 碳纳米管 催化剂 燃料电池
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM911.4;O643.36
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-14
• 第一章 绪论14-30
• 前言14
• 1.1 质子交换膜燃料电池(PEMFC)概况14-19
• 1.1.1 PEMFC的基本结构15-16
• 1.1.2 PEMFC的工作原理16-17
• 1.1.3 氧的还原反应动力学及机理17-19
• 1.2 燃料电池催化剂的研究19-28
• 1.2.1 阳极催化剂的研究进展20-21
• 1.2.2 阴极催化剂的研究进展21-22
• 1.2.3 催化剂面临的难题22-23
• 1.2.4 催化剂的载体23-26
• 1.2.5 催化剂的制备方法26-28
• 1.3 本论文的选题意义和研究内容28-30
• 第二章 实验部分30-34
• 2.1 实验材料和试剂30-31
• 2.2 实验仪器31
• 2.3 分析表征方法31-34
• 2.3.1 催化剂的物理表征31-32
• 2.3.2 催化剂的电化学性能表征32-34
• 第三章 阵列碳纳米管/石墨烯(CNTs/G)的制备及表征34-46
• 3.1 引言34
• 3.2 实验部分34-37
• 3.2.1 实验示意图34-35
• 3.2.2 氧化石墨(GO)的制备35
• 3.2.3 石墨烯(RGO)的制备35-36
• 3.2.4 阵列碳纳米管/石墨烯(CNT-G)的制备36-37
• 3.3 结果与讨论37-44
• 3.3.1 以钴为催化剂生长阵列碳纳米管/石墨烯37
• 3.3.2 以镍为催化剂生长阵列碳纳米管/石墨烯37-44
• 3.4 本章小结44-46
• 第四章 阵列碳纳米管/石墨烯载铂催化剂的制备及表征46-54
• 4.1 引言46
• 4.2 实验部分46
• 4.2.1 乙二醇还原氯铂酸制备阵列碳纳米管/石墨烯载铂催化剂46
• 4.2.2 乙炔还原氯铂酸制备阵列碳纳米管/石墨烯载铂催化剂46
• 4.3 结果与讨论46-53
• 4.3.1 XRD测试47
• 4.3.2 SEM、TEM和HRTEM表征47-48
• 4.3.3 XPS测试48-49
• 4.3.4 电化学测试49-53
• 4.4 本章小结53-54
• 第五章 铂/碳纳米管、铂/石墨烯、聚苯胺/石墨烯载铂催化剂的制备及表征54-64
• 5.1 引言54
• 5.2 实验部分54-55
• 5.2.1 Pt/MWCNTs催化剂的制备54
• 5.2.2 Pt/graphene催化剂的制备54
• 5.2.3 聚苯胺/石墨烯(PANI/RGO)载铂催化剂的制备54-55
• 5.3 结果与讨论55-63
• 5.3.1 XRD测试55-57
• 5.3.2 TEM表征57-58
• 5.3.3 电化学性能表征58-63
• 5.4 本章小结63-64
• 第六章 结论64-66
• 参考文献66-72
• 致谢72-74
• 研究成果及发表的学术论文74-76
• 作者简介76-78
• 导师简介78-79
• 附件79-80

【共引文献】

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本文编号：729591