SPE膜电极制备及选择性吸附氢、苯的调控研究

发布时间：2020-04-10 21:10

【摘要】：制氢/储氢一体化技术不但具有良好的离子导电性、较低的能耗等优点,还能最大限度地改良电极的选择性和提高电流效率,可应用于燃料电池、石油化工和氢能源制备等诸多领域。该技术获得应用的前提条件是由铂(Pt)基催化剂组成的固体聚合物电解质(SPE)膜电极具备高催化活性和化学稳定性,然而,纯Pt催化剂存在价格昂贵、易中毒失效、容易产生颗粒团聚等缺陷,在很大程度上降低了其利用率以及催化活性。当前Pt催化剂应用中的关键问题在于Pt合金催化剂合成以及对反应物加氢催化效能影响的关系研究。本文采用离子束溅射技术(IBS),通过控制靶位移动与沉积温度工艺制备PtNi/C与PtTi/C合金催化剂,确定最优的Ni和Ti含量,以及最佳的沉积温度等关键因素,然后将PtNi/C与PtTi/C同Nafion膜通过热压工艺制得SPE膜电极。通过线性扫描伏安法(LSV)与电化学循环伏安法(CV)对催化剂抑制析氢性能进行表征;采用X射线衍射(XRD)、电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)、带能谱的扫描电镜(SEMEDS)对催化剂样品的表面形貌、物相、成分进行表征;采用EQCM对苯电催化加氢的电解液以及苯吸附活化电位进行表征;通过苯加氢装置(液/液)对SPE膜电极加氢性能进行测试。结果表明:(1)电化学催化性能分析表明,靶位移动距离(S_T)为45mm时制备的PtNi/C和PtTi/C合金催化剂的抑制析氢效果最突出。在该S_T值下,常温沉积的PtNi/C合金催化剂,以及350℃沉积的PtTi/C合金催化剂表现出最佳的抑制析氢性能。(2)通过电化学石英晶体微天平(EQCM)分析发现,利用0.3wt.%的PEG6000醇溶液作为电解液时,苯的吸附质量最大(211.6ng),同时确定苯的活化电位在-0.5V附近。(3)在-0.5V电解电压下,通过苯加氢装置(液/液)分析,发现SPE-N与SPE-T试样都具备优良的催化加氢特性,其中SPE-T的J_0(2.39×10~(-4)A/cm~2)较SPE-N的J_0增大了66.78%,SPE-T的电流效率(91.82%)相比SPE-N增大11.38%,SPE-T的加氢表观活化能(151.22KJ/mol)相比SPE-N则降低9.34%。上述结果表明,在苯电催化加氢过程中,SPE-T合金电极的加氢性能优于SPE-N合金电极,这对于深入开展合金元素选择及成分控制影响Pt合金SPE膜电极加氢性能的研究提供了一定的数据支撑。
【图文】：

电解水,制氢

高温高压环境下操作（21Mpa，150℃）；4）不需要另外加入支反应，提高了试验的可行性；5）电解中不仅仅是液体溶剂还可以的选择范围；6）在节约能耗方面，SPE 技术降低了电解池的欧姆上改良电极的选择性。SPE 技术以上优点使其广泛应用于甲醇燃料电化学还原、水电解制氢等诸多领域。应用技术在电解水中的应用解水制氢与传统的电解水制氢有着本质上的区别，在传统的电解之间以稀酸或者稀碱为电解质，同时与隔膜保持有一定的距离。而，采用 SPE 电解槽时，阴极、阳极与隔膜融为一体，厚度不到 2m间的电压降进而节约能耗。电解水时，2mol 水在阳极放电产生 1mo），H+通过 Nafion 膜将电荷从阳极传递到阴极，然后在阴极放电

示意图,苯加氢,技术,示意图

后处理过程；由于阳极产物具有强氧化性，所n 膜等；在电极材料方面，要兼具有能耐强酸 Pt，非金属中的碳（C）等都是优良的电极材成本，，通常在石墨纤维布等炭质材料表面镀一/C 或者 PtM/C（M=Ti、Ni、Cu、Ce 等）催化层用于电解过程。因此，SPE 电解水与液态有机制氢与储氢为一体的新方法。水电解/苯加氢
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ116.2;O646.54

【参考文献】