碱性聚合物电解质膜燃料电池催化剂的研究

发布时间：2018-03-24 00:13

  本文选题：碱性聚合物电解质膜燃料电池　切入点：非贵金属催化剂　出处：《北京化工大学》2015年硕士论文

【摘要】：在碱性介质中,氧气的还原反应(ORR)比在酸性介质中更容易进行,ORR速率也更快,所以碱性聚合物电解质膜燃料电池(APEFC)可以选用非贵金属催化剂,一般采用镍、钴、锰等过渡金属作为阴极催化剂,这些催化剂在碱性介质中具有足够高的电化学活性,而且价格低廉,能够降低燃料电池的成本,有望实现燃料电池的实用化。本论文合成了三个体系的非贵金属阴极催化剂：(1)以草酸盐为前驱物通过固相合成法制备了尖晶石氧化物MnCo2O4,并与Vulcan XC-72复合经高温热处理后合成MnCo2O4/C系列催化剂,分别考察了600℃、700℃、800℃和900℃这几个热处理温度对MnCo2O4/C催化剂活性的影响。测试结果表明当热处理温度为7000C时,MnCo2O4/C催化剂的催化性能最好,MnCO2O4/C-7OO催化剂的氧起始还原电位为0.84V,电子转移数为3.48,氧还原反应过程是二电子和四电子混合控制过程。(2)通过高温固相法合成尖晶石氧化物MnCo2O4,并与PANI原位复合,制备了一系列的MnCo2O4/N-C复合催化剂,考察了热处理温度和MnCo2O4含量对催化剂的催化活性的影响,电化学测试表明,当MnCo2O4含量为15wt.%,热处理温度为900℃时,制备的15MnCo2O4/N-C-900催化剂具有最好的催化氧还原活性,起始还原电位为0.90V,稳定性优于商业铂碳,其氧还原反应过程涉及二电子和四电子过程。通过XRD、Raman测试和XPS测试,15MnCo2O4/N-C-900催化剂经9000C热处理后,其中的MnCo2O4部分分解,分解为钴和锰的氧化物,有利于提高催化剂的催化活性,该催化剂具有更高含量的石墨型氮和石墨化碳,这也是其催化活性较高的一个重要原因。(3)用微波法合成了超细CoFe2O4粉体并与PANI原位复合,制备了一系列的CoFe2O4/N-C催化剂,合成的复合催化剂氧还原活性高于单纯的CoFe2O4和PANI,考察了热处理温度和CoFe2O4含量对催化活性的影响,电化学测试表明,当CoFe2O4含量为5 wt.%,热处理温度为1000℃时,制备的5CoFe2O4/N-C-1000催化剂具有最好的氧还原活性,起始还原电位为0.88V,稳定性优于商业铂碳,其催化ORR过程是二电子和四电子混合控制过程。通过Raman测试和XPS测试表明,CoFe2O4/N-C-1000催化剂含有比较多的表面缺陷的碳原子,能够提供更多的催化活性位点,且氮总量和石墨型氮含量均最高,这是其催化活性较高的一个重要因素。
[Abstract]:In alkaline medium, the ORR of oxygen reduction reaction is easier and faster than that in acidic medium, so the alkaline polymer electrolyte membrane fuel cell (APEFC) can choose non-noble metal catalyst, usually nickel, cobalt, and cobalt. Transition metals, such as manganese, are used as cathode catalysts, which have high electrochemical activity in alkaline media and are cheap enough to reduce the cost of fuel cells. In this thesis, three systems of non-noble metal cathode catalyst: 1) spinel oxide MnCo _ 2O _ 4 was synthesized by solid state synthesis with oxalate as precursor, and the spinel oxide MnCo _ 2O _ 4 was synthesized with Vulcan XC-72 at high temperature. Series of catalysts for the synthesis of MnCo2O4/C after treatment, The effects of heat treatment temperature of 600 鈩，

本文编号：1655834