一维无机纳米材料的构筑及其电化学性能研究

发布时间：2017-10-08 17:16

  本文关键词：一维无机纳米材料的构筑及其电化学性能研究

  更多相关文章： 直接甲醇燃料电池 阳极催化剂 二氧化钛 纳米复合材料 甲醇催化氧化

【摘要】：直接甲醇燃料电池(DMFC)因能量密度高、设备简单及环境友好等众多优点使其在可再生能源方面有着潜在的应用并受到越来越多研究者的关注。Pt基催化剂一直被认为是催化氧化甲醇活性最好的催化剂,而目前使用的Pt基阳极材料普遍存在反应动力学速率低、易中毒及燃料渗透等突出问题。为解决以上问题,本论文开展了有关金属氧化物TiO2纳米纤维作DMFC阳极Pt基催化剂载体材料的研究,有望DMFC阳极材料的电催化性能得到进一步改善并加速实现其大规模商业化应用。本论文主要工作有：1.以TiO2纳米纤维为催化载体,研究了不同催化活性组分下催化剂的催化性能。通过静电纺丝技术并高温煅烧得到TiO2纳米纤维,应用浸渍还原法制得含不同质量分数Pt纳米颗粒的Pt/TiO2纳米纤维催化剂。对各催化剂进行化学组成、晶型测定和微观表面状态等结构表征；并以甲醇小分子为探针,测试所制备的电极材料对甲醇的电催化氧化活性。测试结果显示,Pt/TiO2纳米纤维催化剂具有良好的催化氧化甲醇活性及稳定性,但其抗中毒能力弱于21w/%Pt/TiO2纳米纤维催化剂。2.研究不同催化载体对甲醇电催化氧化性能的影响,本实验以商业TiO2纳米微球(P25)为载体,制备了Pt质量分数相近的Pt/P25催化剂。测试了Pt/TiO2和Pt/P25催化剂的微观结构,并比较了含相同催化活性组分的Pt/TiO2、Pt/P25和商业Pt/C催化剂催化氧化甲醇的性能。实验表明,Pt/TiO2纳米纤维催化剂具有良好的甲醇催化活性和稳定性,但P25作催化载体时催化剂的抗中毒能力最好。3.采用改性的Hummers法制备了氧化石墨烯(GD),并将其掺入TiO2纳米纤维中得到含不同GO量的TiO2-GO纳米复合材料,于无氧环境下高温煅烧得到系列TiO2-RGO材料,将其作为载体,通过浸渍还原法制得系列10w/%Pt/TiO2-RGO(X)催化剂。随后,将所制备的10wt%Pt/TiO2-RGO(X)催化剂进行结构表征及常规电化学测试,结果表明,系列催化剂中Pt/TiO2-RGO (0.03)具有Pt、TiO2和RGO三者间独特的“三相连接”结构,使得该催化剂催化氧化甲醇性能最佳,但其抗中毒能力弱于相同Pt含量的Pt/TiO2纳米纤维催化剂。
【关键词】：直接甲醇燃料电池 阳极催化剂 二氧化钛 纳米复合材料 甲醇催化氧化
【学位授予单位】：东南大学
【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
• 第一章 绪论10-26
• 1.1 引言10
• 1.2 燃料电池概述10-12
• 1.2.1 燃料电池的工作原理10-11
• 1.2.2 燃料电池的特点11-12
• 1.2.3 燃料电池的分类12
• 1.2.4 燃料电池的应用12
• 1.3 直接甲醇燃料电池(DMFC)研究现状12-14
• 1.3.1 直接甲醇燃料电池工作原理13-14
• 1.3.2 直接甲醇燃料电池面临的问题14
• 1.4 直接甲醇燃料电池阳极催化剂研究14-21
• 1.4.1 阳极电催化机理15-16
• 1.4.2 阳极催化剂分类16-17
• 1.4.3 阳极催化剂载体研究17-20
• 1.4.4 Pt基阳极催化剂的制备方法20-21
• 1.5 TiO_2简介21-24
• 1.5.1 TiO_2纳米材料的制备方法22-23
• 1.5.2 TiO_2纳米材料在DMFC中的应用23-24
• 1.6 选题依据及研究意义24-26
• 第二章 Pt/TiO_2纳米纤维的构筑及其甲醇电催化性能研究26-40
• 2.1 研究背景26
• 2.2 实验部分26-30
• 2.2.1 实验试剂与仪器26-27
• 2.2.2 Pt/TiO_2纳米纤维催化剂的制备27-28
• 2.2.3 催化电极的制备28
• 2.2.4 催化剂性能表征28-30
• 2.3 结果与讨论30-38
• 2.3.1 结构表征30-33
• 2.3.2 电化学表征33-38
• 2.4 本章小结38-40
• 第三章 Pt基催化剂载体对甲醇电催化活性的影响40-48
• 3.1 研究背景40
• 3.2 实验部分40-41
• 3.2.1 实验药品与仪器40-41
• 3.2.2 催化剂的制备41
• 3.3 结果与讨论41-46
• 3.3.1 结构表征41-43
• 3.3.2 电化学表征43-46
• 3.4 本章小结46-48
• 第四章 RGO修饰的TiO_2纳米纤维Pt催化载体的制备及其电催化甲醇性能研究48-60
• 4.1 研究背景48
• 4.2 实验部分48-50
• 4.2.1 实验药品及仪器48-49
• 4.2.2 催化剂的制备49-50
• 4.3 结果与讨论50-58
• 4.3.1 结构表征50-54
• 4.3.2 电化学测试54-58
• 4.4 本章小结58-60
• 第五章 全文总结与展望60-62
• 5.1 全文总结60-61
• 5.2 展望61-62
• 参考文献62-72
• 致谢72-73
• 附录 攻读硕士学位期间所发表论文73

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本文编号：995289