石墨烯基金属催化剂对直接醇类燃料电池性能的研究
本文选题:石墨烯 切入点:浓度 出处:《青岛科技大学》2015年硕士论文 论文类型:学位论文
【摘要】:能源问题关系到国家的经济命脉。直接醇类燃料电池作为一种有潜力的新型供能方式,受到了极大的关注,但其催化剂却仍存在诸多问题。随着石墨烯的出现,因其优越的性能,对其作为载体的负载型金属催化剂的探究和关注也成为研究焦点。本文在用溶剂热法制得石墨烯及元素掺杂石墨烯(主要是氮元素掺杂)的基础上,再进一步利用乙二醇还原法制备了石墨烯和元素掺杂石墨烯负载的Pt、Ru催化剂;运用XRD分析测试表征了所制备样品的组成;运用电化学测试技术如伏安循环法(CV)、交流阻抗(EIS)对石墨烯、氮掺杂石墨烯负载Pt和Pt-Ru分别在酸性条件下分别对甲醇和乙醇的氧化反应的电催化性能进行了详细的研究。另外,本文也尝试利用浸渍还原法制备了石墨烯负载Pt、Pt-Cu催化剂,并运用CV、EIS测试、探究了其在酸性条件下对甲醇、乙醇氧化反应的电催化性能。在酸性电解质中,催化剂表现出了优越的性能,而碱性电解质却因其不同于酸性电解质的特点而受到重视。利用乙二醇还原法制备出石墨烯负载不同成分比的Pt/G、Ni/G、PtNi(1:1)/G、PtNi(1:2)/G、PtNi(2:1)/G催化剂;再运用CV、EIS、I-t等多种电化学技术,对各不同成分比例的Pt-Ni催化剂在不同碱性电解质浓度下对甲醇氧化反应的电催化性能进行了详细的比较和分析,从催化活性、抗CO中毒性、界面间传输阻力、稳定性等性能考虑,得出各催化剂在0.75M浓度下性能较优,综合考虑,发现Pt-Ni(1:1)/G的性能是最好的。此外,本文中还制备了Pt/G、Co/G、 Co-Cr/、Pt-Co-Cr/G催化剂,并运用CV、EIS、I-t等测试手段,对各催化剂在不同碱性电解质浓度下对甲醇氧化反应的电催化性能进行了详细的比较和分析,得出在1.0M和0.75M浓度里,Pt-Co-Cr/G的性能较优。对这些金属催化剂进行探究旨在:在保证催化剂催化活性、稳定性的同时,降低成本,并希望能够用非贵金属取代价格昂贵的铂系催化剂。
[Abstract]:Direct alcohol fuel cell, as a potential new energy supply mode, has received great attention, but its catalyst still has many problems. Because of its superior performance, the research and attention on supported metal catalysts as carriers have also become the focus. In this paper, graphene and elemental doped graphene (mainly nitrogen doped) were prepared by solvothermal method. Furthermore, graphene and elemental doped graphene supported on PTN Ru catalyst were prepared by ethylene glycol reduction method, and the composition of the prepared samples was characterized by XRD analysis. The electrocatalytic properties of graphene, nitrogen-doped graphene supported Pt and Pt-Ru for the oxidation of methanol and ethanol under acidic conditions were studied by electrochemical techniques such as voltammetric cyclic voltammetry and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). In this paper, the graphene supported Ptn-Pt-Cu catalyst was also prepared by impregnation reduction method. The electrocatalytic properties of the catalyst for the oxidation of methanol and ethanol under acidic conditions were investigated by CVG EIS. The catalyst showed superior performance, but alkaline electrolyte was paid more attention because of its difference from acid electrolyte. The catalyst supported on graphene with different composition ratios was prepared by ethylene glycol reduction method. The catalyst was prepared by using the catalyst of 1: 1 / 1 / 1 / 1 / 1 / 1 / 1 / 2 / 1 / 2: 1 / 1 / G catalyst of graphene supported on different composition ratio. The electrocatalytic properties of Pt-Ni catalysts with different compositions for methanol oxidation under different alkaline electrolyte concentrations were compared and analyzed by using a variety of electrochemical techniques such as CVN EIS-I-t. The catalytic activity and resistance to CO toxicity were analyzed in detail. Considering the performance of interfacial transport resistance and stability, it is concluded that the performance of each catalyst is better at 0.75m concentration, and it is found that the performance of Pt-Ni(1:1)/G is the best when considered synthetically. In addition, in this paper, we have also prepared PTR / Gr / G, Co-CrR / Pt-Co-Cr-R / G catalysts, and used CVT EISI-T and other testing methods. The electrocatalytic properties of various catalysts for methanol oxidation under different alkaline electrolyte concentrations were compared and analyzed in detail. The results show that the performance of Pt-Co-Cr-G in 1.0M and 0.75M concentrations is better. The purpose of this study is to ensure the catalytic activity and stability of the catalysts, while reducing the cost, and hope to replace the expensive platinum catalysts with non-precious metals.
【学位授予单位】:青岛科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:O643.36;TM911.4
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,本文编号:1556355
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