铂基纳米结构催化剂的制备及其电催化性能研究
发布时间：2022-01-07 20:38
质子交换膜燃料电池是一种高效的电化学能量转化装置,是构建可持续清洁新能能源系统关键组成部分。Pt是加速燃料电池核心反应速度包括氧还原反应（ORR）和甲醇氧化反应（MOR）,满足功率输出的关键催化材料。然而由于Pt价格高昂所导致的燃料电池总成本过高的问题一直存在,限制了燃料电池大规模的应用。因此,设计高效的电催化剂以最大限度地提高Pt的利用率,从而降低Pt的载量,成为燃料电池未来发展的一个重要方向。为此,本项目通过引入过渡金属与Pt形成二元或多元合金来减少Pt的用量,通过表面活性剂或者诱导剂调控出具有特殊形貌、组成和尺寸大小的纳米结构催化剂,进而提高催化剂的活性。具体研究结果如下:（1）分层骨架Pt-Ni纳米晶的制备及其电催化性能研究:以H2Pt Cl6·6H2O与Ni（CH3COO）2·4H2O作为前驱体,OAM（油胺）作为还原剂和溶剂,在CTAC（十六烷基三甲基氯化铵）以及H2SO4的作用下,通过一锅溶剂热法和...
【文章来源】：广西大学广西壮族自治区 211工程院校
【文章页数】：96 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
单体电池结构
广西大学硕士学位论文铂基纳米结构催化剂的制备及其电催化性能研究4碳纸或碳布，它能够支撑催化层，收集电流，是引导燃料进入电池结构内部的气体通道和产物水的排出通道。质子交换膜通常使用的是美国杜邦公司生产的全氟磺酸膜，只能通过质子，起到隔离阴极和阳极的作用，在膜的两侧分别为阳极催化层和阴极催化层，催化层可以降低反应物的活化能，控制着电池内部化学能转化为电能的效率，是燃料电池的核心部分。PEMFC能够在30-120℃下正常工作、能量转换率高、无污染，是一种理想的替代能源。根据阳极反应中燃料的不同，质子交换膜燃料电池可以被分为氢氧燃料电池和直接甲醇燃料电池。1.3.1氢氧燃料电池图1-2氢燃料质子交换膜燃料电池工作原理Fig.1-2Theworkingprincipleofhydrogenfuelprotonexchangemembranefuelcell.氢氧燃料电池（氢燃料质子交换膜燃料电池）是以氢气或者重整氢气作为燃料，氧气或空气作为氧化剂的电池装置，在燃料电池内部氢气的化学能直接转化为电能[10-12]。氢燃料的使用不仅能提供高效能源同时还能降低二氧化碳的排放，对环境保护很重要。而且氢气的来源广泛，它可以从天然气、煤、碳氢化合物、生物质甚至是城市垃圾中通过重整等技术以及分解水来产生，是一种可持续发展的燃料[5]。因此世界各国对氢燃料电池的发展越来越重视。随着快速的发展，一些问题也相继显现出来，如所用的电催化剂Pt的价格昂贵、催化活性和稳定性不高、氢气的储存不安全等，大大阻碍了它的商业化进程。但是氢燃料电池带来的红利依然吸引着各国学者对它的研究。随着储氢技术的
广西大学硕士学位论文铂基纳米结构催化剂的制备及其电催化性能研究6反应后生成的水与反应尾气一起从阴极流场排出。总反应方程式：CH3OH+3/2O2→CO2+2H2O(1-6)图1-3直接甲醇燃料电池工作原理。Fig.1-3Theworkingprincipleofdirectmethanolfuelcell.尽管DMFC设计简单、燃料可以直接利用、添加方便，理论能量高等优点，但是实际工作中，依然存在一些问题有待解决[13–15]：1、催化剂多使用贵金属铂，成本太高。2、甲醇在阳极氧化过程中会生成CO等中间产物，造成电催化剂中毒现象，影响DMFC正常工作。3、质子交换膜普遍使用的是Nafion膜，它除了质子可以自由出入外，甲醇分子也可以通过向阴极渗透，不但降低甲醇的利用率，还会影响阴极氧还原反应，进而降低DMFC的效能。针对以上问题，科研人员研究的主要方向：降低电催化剂的成本以及提高催化剂的活性来提升DMFC的实际应用效率。1.4电催化剂的研究进展燃料电池作为未来能源市场最有发展潜力的能量转换器，一直成为各国科学家研究的主要课题，在燃料电池工作过程中，电催化剂起着一个重要的作用[16–18]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]铂铁合金纳米片构筑三维支化结构的界面调控及其氧还原催化性能（英文）[J]. 骆明川,秦英楠,李蒙刚,孙英俊,李春姬,李英杰,杨勇,吕帆,吴冬,周鹏,郭少军. Science Bulletin. 2020(02)
[2]甲醇能源的发展与应用现状[J]. 白秀娟,刘春梅,兰维娟,范晨阳,吴凤英. 能源与节能. 2020(01)
[3]高效氧气还原催化剂Pt3Co/C的水相法新合成（英文）[J]. 黄金晶,丁辰,杨勇强,刘岗,蔡文斌. Chinese Journal of Catalysis. 2019(12)
[4]直接乙醇燃料电池阴极催化剂的开发及其性能研究[J]. 顾兴佳,柴弘伟,冯婷,付晓宇,仵菲,黄如玉,王芳. 塔里木大学学报. 2019(03)
[5]磷掺杂的介孔碳材料作为高效氧还原电催化剂（英文）[J]. 赵挥,胡忠攀,朱运培,葛丽,袁忠勇. Chinese Journal of Catalysis. 2019(09)
[6]对多壁碳纳米管的结构和组成进行精细调控提高其电催化氧还原反应制H2O2的催化活性（英文）[J]. 王毅,易秘,王昆,宋树芹. 催化学报. 2019(04)
本文编号：3575230
【文章来源】：广西大学广西壮族自治区 211工程院校
【文章页数】：96 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
单体电池结构
广西大学硕士学位论文铂基纳米结构催化剂的制备及其电催化性能研究4碳纸或碳布，它能够支撑催化层，收集电流，是引导燃料进入电池结构内部的气体通道和产物水的排出通道。质子交换膜通常使用的是美国杜邦公司生产的全氟磺酸膜，只能通过质子，起到隔离阴极和阳极的作用，在膜的两侧分别为阳极催化层和阴极催化层，催化层可以降低反应物的活化能，控制着电池内部化学能转化为电能的效率，是燃料电池的核心部分。PEMFC能够在30-120℃下正常工作、能量转换率高、无污染，是一种理想的替代能源。根据阳极反应中燃料的不同，质子交换膜燃料电池可以被分为氢氧燃料电池和直接甲醇燃料电池。1.3.1氢氧燃料电池图1-2氢燃料质子交换膜燃料电池工作原理Fig.1-2Theworkingprincipleofhydrogenfuelprotonexchangemembranefuelcell.氢氧燃料电池（氢燃料质子交换膜燃料电池）是以氢气或者重整氢气作为燃料，氧气或空气作为氧化剂的电池装置，在燃料电池内部氢气的化学能直接转化为电能[10-12]。氢燃料的使用不仅能提供高效能源同时还能降低二氧化碳的排放，对环境保护很重要。而且氢气的来源广泛，它可以从天然气、煤、碳氢化合物、生物质甚至是城市垃圾中通过重整等技术以及分解水来产生，是一种可持续发展的燃料[5]。因此世界各国对氢燃料电池的发展越来越重视。随着快速的发展，一些问题也相继显现出来，如所用的电催化剂Pt的价格昂贵、催化活性和稳定性不高、氢气的储存不安全等，大大阻碍了它的商业化进程。但是氢燃料电池带来的红利依然吸引着各国学者对它的研究。随着储氢技术的
广西大学硕士学位论文铂基纳米结构催化剂的制备及其电催化性能研究6反应后生成的水与反应尾气一起从阴极流场排出。总反应方程式：CH3OH+3/2O2→CO2+2H2O(1-6)图1-3直接甲醇燃料电池工作原理。Fig.1-3Theworkingprincipleofdirectmethanolfuelcell.尽管DMFC设计简单、燃料可以直接利用、添加方便，理论能量高等优点，但是实际工作中，依然存在一些问题有待解决[13–15]：1、催化剂多使用贵金属铂，成本太高。2、甲醇在阳极氧化过程中会生成CO等中间产物，造成电催化剂中毒现象，影响DMFC正常工作。3、质子交换膜普遍使用的是Nafion膜，它除了质子可以自由出入外，甲醇分子也可以通过向阴极渗透，不但降低甲醇的利用率，还会影响阴极氧还原反应，进而降低DMFC的效能。针对以上问题，科研人员研究的主要方向：降低电催化剂的成本以及提高催化剂的活性来提升DMFC的实际应用效率。1.4电催化剂的研究进展燃料电池作为未来能源市场最有发展潜力的能量转换器，一直成为各国科学家研究的主要课题，在燃料电池工作过程中，电催化剂起着一个重要的作用[16–18]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]铂铁合金纳米片构筑三维支化结构的界面调控及其氧还原催化性能（英文）[J]. 骆明川,秦英楠,李蒙刚,孙英俊,李春姬,李英杰,杨勇,吕帆,吴冬,周鹏,郭少军. Science Bulletin. 2020(02)
[2]甲醇能源的发展与应用现状[J]. 白秀娟,刘春梅,兰维娟,范晨阳,吴凤英. 能源与节能. 2020(01)
[3]高效氧气还原催化剂Pt3Co/C的水相法新合成（英文）[J]. 黄金晶,丁辰,杨勇强,刘岗,蔡文斌. Chinese Journal of Catalysis. 2019(12)
[4]直接乙醇燃料电池阴极催化剂的开发及其性能研究[J]. 顾兴佳,柴弘伟,冯婷,付晓宇,仵菲,黄如玉,王芳. 塔里木大学学报. 2019(03)
[5]磷掺杂的介孔碳材料作为高效氧还原电催化剂（英文）[J]. 赵挥,胡忠攀,朱运培,葛丽,袁忠勇. Chinese Journal of Catalysis. 2019(09)
[6]对多壁碳纳米管的结构和组成进行精细调控提高其电催化氧还原反应制H2O2的催化活性（英文）[J]. 王毅,易秘,王昆,宋树芹. 催化学报. 2019(04)
本文编号：3575230
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