直接乙醇燃料电池低铂三组元催化剂的制备及其催化性能的研究

发布时间：2017-08-28 20:17

  本文关键词：直接乙醇燃料电池低铂三组元催化剂的制备及其催化性能的研究

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【摘要】：直接乙醇燃料电池以原料来源广,毒性低和能量密度高等优点受到关注。催化剂作为燃料电池的关键组成之一,对催化乙醇氧化乃至直接乙醇燃料电池的商业化起到十分重要的作用。现阶段,仍以铂基催化剂为主要研究对象,由于铂的价格高,容易中毒等缺点,使燃料电池迟迟难以商业化。因此,降低铂的载量,同时还需提高催化剂的性能成为新型催化剂的研究重点。本论文以此为目标,制备了PtSn-ZrO2/GN, PtSn-V2O5/GN和PtNi-CeO2/GN电催化剂。利用XRD, HRTEM, XPS等物理表征和循环伏安测试,计时电流分析法等电化学表征方法对以上三种催化剂进行分析。具体内容如下：(1) PtSn-ZrO2/GN多元催化剂的制备及其催化性能的研究运用两步法,先将ZrO2负载到石墨烯上并高温煅烧得到ZrO2/GN,之后乙二醇同时作为还原剂和溶剂,将Pt和Sn的前驱体以及ZrO2/GN一起经过还原反应,得到PtSn-ZrO2/GN催化剂。对ZrO2的含量和Pt:Sn的摩尔比进行了优化。当nPt:nsn:nzrO2=0.122:0.081:1时,即电催化剂Pt0.122Sn0.081-ZrO2/GN的起始电位最低,为0.14V,峰电流密度最大,优于其相应的一、二元催化剂。(2) PtSn-V2O5/GN多元催化剂的制备及其催化性能的研究运用两步还原法制备电催化剂,首先利用还原法制备V205/石墨烯,然后将不同摩尔比的Pt:Sn还原负载到石墨烯上。筛选出Pt:Sn最佳摩尔比为3：1,当np,:nsn:nv2O5=1.29:0.43:1时,Pt1.29Sn0.43-V2O5/GN电催化剂对乙醇氧化的起始电位最低,且稳定性最好,催化性能相对其一、二元催化剂有了提高。(3) PtNi-CeO2/GN多元催化剂的制备及其催化性能的研究CeO2/GN通过水热法合成,之后利用还原法制备得到PtNi-CeO2/GN电催化剂,筛选出Pt和Ni的最佳摩尔比为2：1,以及当np,:nNn:nceO2=2.74:1.37:1时,即Pt2.74Ni1.37-CeO2/GN电催化剂的电催化性能最高。通过HRTEM观察到该催化剂颗粒均匀分散在载体上,CV、LSV等电化学测试进一步证明该摩尔比例的催化剂具有最优的抗中毒能力和稳定性。
【关键词】：直接乙醇燃料电池 阳极电催化剂 乙醇氧化反应 二氧化锆 五氧化二钒 二氧化铈
【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】：O643.36;TM911.4
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-13
• 第一章 绪论13-23
• 引言13
• 1.1 燃料电池概述13-14
• 1.2 直接乙醇燃料电池(DEFC)14-15
• 1.2.1 直接乙醇燃料电池的工作原理14-15
• 1.2.2 直接乙醇燃料电池的存在的问题15
• 1.3 直接乙醇燃料电池的阳极电催化剂15-21
• 1.3.1 单组元Pt催化剂15-16
• 1.3.2 二组元Pt基催化剂16-17
• 1.3.3 多组元含Pt催化剂17-19
• 1.3.4 非Pt燃料电池催化剂19-20
• 1.3.5 直接乙醇燃料电池催化剂载体的研究现状20
• 1.3.6 阴极催化剂的研究现状20-21
• 1.4 本课题的选题意义及主要内容21-23
• 第二章 实验部分23-27
• 2.1 实验药品23
• 2.2 实验仪器23-24
• 2.3 表征方法24-27
• 2.3.1 物理表征方法24-25
• 2.3.2 电化学性能表征方法25-27
• 第三章 PtSn-ZrO_2/GN多元催化剂的制备及其电催化性能的研究27-41
• 3.1 引言27-28
• 3.2 制备方法28-29
• 3.2.1 氧化石墨(GO)的制备28
• 3.2.2 ZrO_2/GN的制备28
• 3.2.3 PtSn-ZrO_2/GN电催化剂的制备28-29
• 3.3 结果与讨论29-40
• 3.3.1 红外表征及分析29-30
• 3.3.2 XRD表征及分析30-32
• 3.3.3 TEM表征及分析32-33
• 3.3.4 XPS表征及分析33-35
• 3.3.5 循环伏安(CV)扫描测试35-37
• 3.3.6 线性伏安(LSV)扫描测试及分析37-39
• 3.3.7 i-t测试39-40
• 3.4 本章小结40-41
• 第四章 PtSn-V_2O_5/GN多元催化剂的制备及其催化性能的研究41-53
• 4.1 引言41
• 4.2 制备方法41-42
• 4.2.1 GO的制备41
• 4.2.2 V_2O_5/GN的制备41-42
• 4.2.3 PtSn-V_2O_5/GN电催化剂的制备42
• 4.3 结果与讨论42-51
• 4.3.1 XRD表征及分析42-43
• 4.3.2 TEM表征及分析43-44
• 4.3.3 XPS表征及分析44-46
• 4.3.4 循环伏安(CV)扫描测试46-48
• 4.3.5 线性伏安(LSV)扫描测试及分析48-50
• 4.3.6 i-t测试50-51
• 4.4 本章小结51-53
• 第五章 PtNi-CeO_2/GN多元催化剂的制备及其催化性能的研究53-65
• 5.1 引言53
• 5.2 制备方法53-54
• 5.2.0 GO的制备53
• 5.2.1 CeO_2/GN的制备53-54
• 5.2.2 PtNi-CeO_2/GN电催化剂的制备54
• 5.3 结果与讨论54-64
• 5.3.1 XRD表征及分析54-56
• 5.3.2 TEM表征及分析56-57
• 5.3.3 XPS表征及分析57-59
• 5.3.4 循环伏安(CV)扫描测试59-61
• 5.3.5 线性伏安(LSV)扫描测试及分析61-63
• 5.3.6 i-t测试63-64
• 5.4 本章小结64-65
• 第六章 结论与展望65-67
• 6.1 结论65
• 6.2 展望65-67
• 参考文献67-74
• 致谢74-75
• 研究成果及发表的学术论文75-77
• 作者及导师简介77-78
• 附件78-79

【共引文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 王琪;陆兴;辛勤;孙公权;;多元醇法合成的Pt_(2.6)Sn_1Ru_(0.4)/C用作直接乙醇燃料电池高性能阳极催化剂(英文)[J];催化学报;2014年08期

2 饶路;张斌伟;李艳艳;姜艳霞;孙世刚;;Sn/Pt纳米立方体对乙醇电催化氧化的原位FTIR光谱研究[J];电化学;2014年05期

3 宋秉烨;李印实;杨卫卫;何雅玲;;自呼吸式碱性直接葡萄糖燃料电池研究[J];工程热物理学报;2015年03期

4 王旭红;殷仕龙;马冠云;阮世栋;纪网金;;不同pH值对直接乙醇燃料电池Pt-SnO_2/C电催化性能的影响[J];材料导报;2015年14期

5 王旭红;纪网金;阮世栋;曹晨;陈梦s，

本文编号：749246