多酸负载铂基核壳型催化剂的制备及其催化性能的研究

发布时间：2017-10-22 16:23

  本文关键词：多酸负载铂基核壳型催化剂的制备及其催化性能的研究

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【摘要】：质子交换膜燃料电池(PEMFC)以使用氢气作为燃料具有高效、清洁环保及可循环使用的优点。PEMFC的大规模商业化应用一直受其催化剂成本高和稳定性差的限制,本文将多酸负载到铂基催化剂中制备的复合催化剂在降低催化剂成本的同时还能增强催化剂的催化活性、稳定性,对PEMFC的大规模商业化应用起到一定的推动作用。本文将杂多酸负载到铂基核壳型催化剂中制备了几种不同的复合催化剂,通过X-射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)等表征方法对复合催化剂进行形貌表征,以及循环伏安法(CV)和线性扫描伏安法(LSV)等测试方法对复合催化剂进行电化学测试,主要工作如下：1. 本文通过酸化法和乙醚萃取法制备了磷钨酸(H3PW12O40,简写为HPW),再将HPW负载到Ag@Pt/MWCNTs催化剂上制备出一系列HPW负载量不同的Ag@Pt/MWCNTs-HPW复合催化剂,然后采用电化学测试来研究复合催化剂,CV测试结果表明HPW负载量为25%时所得复合催化剂的活性最好,其活性面积(83.62 m2·g-1)比商业Pt/C催化剂(52.63m2·g-1)高了59%,其起始还原电位比商业Pt/C催化剂正移了44 mV。2. 本文通过酸化法和乙醚萃取的方法制备了磷钼酸(H3PMo12040,简写为PMo),再将PMo负载到Ag@Pt/MWCNTs催化剂上制备出一系列PMo负载量不同的Ag@Pt/MWCNTs-PMo复合催化剂,通过XRD, FTIR表征,证实本文通过酸化法制备的PMo多酸是Keggin型构造；然后采用电化学测试来研究复合催化剂,CV测试结果表明PMo负载量为15%时所得复合催化剂的活性最好,其活性面积(96.25 m2.g-1)比商业Pt/C催化剂(52.63 m2·g-1)高了83%,其起始还原电位比商业Pt/C催化剂正移了53 mV。动力学研究表明O2在复合催化剂上是经历“四电子”反应途径还原成H2O。3. 本文通过酸化后萃取的方法制备了钒取代的磷钼酸(PMo12-nVn (n=1,2,3)),再将PMo12-nVn(n=1,2,3)负载到Ag@Pt/MWCNTs铂基核壳型催化剂上制备出一系列PMo12-nVn(n=1,2,3)负载量不同的Ag@Pt/MWCNTs-PMo12-nVn(n=1,2,3)复合催化剂,通过对合成的三种PMo12-nVn(n=1,2,3)杂多酸进行XRD表征,表明本文通过酸化法制备的PMo12-nVn(n=1,2,3)多酸化合物是Keggin型结构,再采用电化学测试来研究复合催化剂,CV测试结果表明PMo,2-nVn(n=1,2,3)多酸负载量为20%时所得复合催化剂的活性面积最大,其活性面积分别是Ag@Pt/MWCNTs-20%PMo11V为84 m2·g-1, Ag@Pt/MWCNTs-20%PMo10V2为97 m2·g-1, Ag@Pt/MWCNTs-20%PMo9V3为79 m2-1。从不同转速的极化曲线及相应的K-L曲线结果可以看出,PMo12-nVn(n=1,2,3)杂多酸的负载能够促进复合催化剂接近4电子过程的反应,提高氧还原效率。
【关键词】：铂催化剂 氧还原反应 磷钨酸 磷钼酸 磷钼钒
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O643.36
【目录】：

• 学位论文数据集4-5
• 摘要5-7
• ABSTRACT7-15
• 第一章 绪论15-29
• 1.1 引言15
• 1.2 燃料电池的分类15-16
• 1.3 PEMFC电池16-18
• 1.3.1 影响PEMFC性能的因素18
• 1.4 PEMFC催化剂18-19
• 1.5 阴极催化剂19-24
• 1.5.1 铂基催化剂体系21-23
• 1.5.2 非铂基催化剂体系23-24
• 1.6 多金属氧酸盐24-26
• 1.6.1 多金属氧酸盐的应用25-26
• 1.7 本课题的研究意义及研究内容26-29
• 1.7.1 本课题的研究意义26
• 1.7.2 本课题的研究内容26-29
• 第二章 实验部分29-35
• 2.1 实验药品29
• 2.2 实验仪器29-30
• 2.3 物理表征方法30-31
• 2.3.1 傅里叶变换红外光谱分析(FTIR)30
• 2.3.2 X-射线衍射分析(XRD)30-31
• 2.3.3 扫描电子显微镜分析(SEM)31
• 2.3.4 透射电子显微镜分析(TEM)31
• 2.3.5 X射线光电子能谱分析(XPS)31
• 2.4 电化学表征方法31-35
• 2.4.1 工作电极的制备31-32
• 2.4.2 循环伏安扫描测试法(CV)32-33
• 2.4.3 线性扫描伏安测试法(LSV)33
• 2.4.4 交流阻抗测试法(EIS)33-35
• 第三章 磷钨酸负载Ag@Pt/MWCNTs催化剂的制备及其催化性能的研究35-49
• 3.1 引言35
• 3.2 制备方法35-36
• 3.2.1 HPW的制备35-36
• 3.2.2 Ag@Pt/MWCNTs催化剂的制备36
• 3.2.3 Ag@Pt/MWCNTs-HPW复合催化剂的制备36
• 3.3 结果分析36-47
• 3.3.1 傅里叶变换红外光谱测试37
• 3.3.2 X-射线衍射测试37-38
• 3.3.3 电镜测试38-40
• 3.3.4 循环伏安测试40-41
• 3.3.5 线性扫描伏安测试41-42
• 3.3.6 动力学研究42-44
• 3.3.7 阻抗测试44-45
• 3.3.8 计时电流测试45-46
• 3.3.9 XPS测试46-47
• 3.4 本章小结47-49
• 第四章 磷钼酸负载Ag@Pt/MWCNTs催化剂的制备及其催化性能的研究49-61
• 4.1 引言49
• 4.2 制备方法49-50
• 4.2.1 PMo的制备49-50
• 4.2.2 Ag@Pt/MWCNTs的制备50
• 4.2.3 Ag@Pt/MWCNTs-PMo的制备50
• 4.3 结果分析50-60
• 4.3.1 X-射线衍射测试50-51
• 4.3.2 傅里叶变换红外光谱测试51-52
• 4.3.3 电镜表征52-53
• 4.3.4 循环伏安测试53-55
• 4.3.5 线性伏安扫描测试55
• 4.3.6 动力学研究55-57
• 4.3.7 计时电流测试57-58
• 4.3.8 阻抗测试58
• 4.3.9 XPS测试58-60
• 4.4 本章小结60-61
• 第五章 磷钼钒酸负载Ag@Pt/MWCNTs催化剂的制备及其催化性能的研究61-73
• 5.1 引言61
• 5.2 制备方法61-63
• 5.2.1 PMo_(12-n)V_nO_(40)(n=1,2,3)化合物的制备61-62
• 5.2.2 Ag@Pt/MWCNTs的制备62
• 5.2.3 Ag@Pt/MWCNTs-PMo_(12-n)V_n(n=1,2,3)的制备62-63
• 5.3 结果分析63-71
• 5.3.1 X-射线衍射测试63-64
• 5.3.2 电镜测试64
• 5.3.3 循环伏安测试64-66
• 5.3.4 线性伏安扫描测试66-67
• 5.3.5 动力学研究67-69
• 5.3.6 计时电流测试69-70
• 5.3.7 交流阻抗测试70-71
• 5.4 本章小结71-73
• 第六章 结论与展望73-75
• 6.1 结论73-74
• 6.2 展望74-75
• 参考文献75-83
• 致谢83-85
• 研究成果和发表的学术论文85-87
• 作者和导师简介87-88
• 硕士研究生学位论文答辩委员会决议书88-89

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 Xiao Liu;Hongmin Wang;Siguo Chen;Xueqiang Qi;Huiliang Gao;Yi Hui;Yang Bai;Lin Guo;Wei Ding;Zidong Wei;;SO_2-tolerant Pt-MoO_3/C catalyst for oxygen reduction reaction[J];Journal of Energy Chemistry;2014年03期

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本文编号：1079175