泡沫镍负载铂基纳米结构的制备及其甲醇催化性能研究
发布时间：2020-08-01 18:27
【摘要】：直接甲醇燃料电池是一种能够将化学能转化为电能的能源装置,是质子交换膜燃料电池的一种变种。直接甲醇催化燃料电池直接使用甲醇水溶液或者蒸汽甲醇为燃料提供来源,无需对甲醇进行预先重整,因此能量转化率较高。直接甲醇燃料电池具有低温快速启动,燃料洁净环保,电池结构简单等优点,这使得它可能成为移动电源和便携式电源的理想选择之一,也是近年来的热门研究课题。直接甲醇燃料电池主要发生的反应是甲醇在催化剂作用下的电催化氧化过程,实验研究表明,贵金属铂(Pt)具有较高的甲醇催化氧化活性和较强的耐腐蚀性,而Pt在催化过程中会因产生CO而中毒导致催化活性大大降低。采用以Pt为基础的合金或者以Pt为活性组分的多组员催化剂能够有效提高甲醇电催化氧化活性和抗CO中毒性能。泡沫镍作为一种多孔金属,具有三维全贯通网孔结构,有着稳定性好,高孔隙率,抗热冲击,体密度小与比表面积大等明显优点,因此在作为催化剂基底时有很大的应用潜力。在泡沫镍上沉积贵金属Pt时,镍能够减轻Pt在甲醇催化时的催化剂中毒。本文以泡沫镍为生长材料的基体,采用电化学沉积的方法在泡沫镍上直接生长Pt基纳米结构,如Pt、Pt-Co等金属,并对这些材料的甲醇催化性能进行了研究,还进一步通过先在泡沫镍表面沉积CoNi,再将样品浸泡在H_2PtCl_6溶液中进行置换反应,最后得到CoNi/Pt纳米结构,并测试了其对甲醇的电催化氧化性能。具体研究内容如下:1.在H_2PtCl_6溶液中以泡沫镍为基体,分别以不同电压(0.6V、0.8V、1.3V)进行恒电压沉积,发现不同沉积电压导致Pt在泡沫镍表面的覆盖率不同,使得制备的样品对甲醇催化性能不同。2.在H_2PtCl_6、CoCl_2、CoSO_4溶液中以泡沫镍网为基底,分别以不同电压(0.6V、0.8V、1.3V)进行恒电压沉积,发现Pt-Co合金能够进一步提高催化剂抗CO中毒的性能,抗CO中毒性能与Co含量相关。3.在上述实验的基础上,先在NiCl_2、NiSO_4、CoCl_2溶液中以泡沫镍网为基底,分别以不同电压(1V、1.5V、2V)进行较长时间的恒电压沉积,在泡沫镍表面沉积适量的CoNi合金,再将样品浸泡在H_2PtCl_6溶液中进行置换反应,最后得到泡沫镍负载的CoNi/Pt纳米结构,发现该结构也具有有较好的对甲醇的电催化氧化性能和抗CO中毒的性能。
【学位授予单位】：西南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O643.36;TM911.4
【图文】：
化氧化效果最好，因此本章以下的研究均采用该合成条件得到的样品。对所制备的样品，使用扫描电子显微镜（SEM, JEOLJSM7100F）和附带的仪（EDS, Oxford Aztec X-act）分析其形貌和元素组成。电化学性能测试在电工作站（CHI660E）上进行的，实验采用三电极体系，泡沫镍负载 Pt 纳米结为工作电极，铂片电极为对电极，银/氯化银电极为参比电极，电解液为 0.5 mo KOH 溶液，测试实验在室温下进行。.3 形貌结构表征扫描电镜（SEM）是观察样品形貌最为方便、有效的测试方法，使我们可观的看到样品表面和晶粒的各种形貌特征。图 2.1a 是泡沫镍基底 SEM 照片，可以看出，泡沫镍集流体为三维多孔网状结构，孔径分布比较均匀，可形成的通道，这可以大大的增加反应接触面积。图 2.1b 所示为泡沫镍的局部放大，可以观察到泡沫镍的表面较为光滑，无杂质和附着物，并且可以清楚的看界。经过电化学沉积贵金属 Pt 之后，灰色的泡沫镍表面变为黑色，对于这层黑
镍负载 Pt 纳米结构的电 mA，沉积时长为 10 min 的样品对甲醇的电研究均采用该合成条件得到的样品。显微镜（SEM, JEOLJSM7100F）和附带的能其形貌和元素组成。电化学性能测试在电化采用三电极体系，泡沫镍负载 Pt 纳米结构/氯化银电极为参比电极，电解液为 0.5 mol/L。貌最为方便、有效的测试方法，使我们可以貌特征。图 2.1a 是泡沫镍基底 SEM 照片，由孔网状结构，孔径分布比较均匀，可形成对触面积。图 2.1b 所示为泡沫镍的局部放大照实验装置示意图
图 2.2 不同放大倍数下泡沫镍负载 Pt 纳米结构的 SEM 图，图 a 中的插图为能谱仪对样品中元素分析的结果，图 b 中的插图为 Pt 颗粒膜的断面图。物质，我们采用扫描电子显微镜进行了形貌分析，结果如图 2.2 所示。低倍的电镜照片（图 2.2a）显示在三维多孔的泡沫镍表面均匀致密的覆盖了一层沉积物，放大后的照片（图 2.2b 和 2.2c）显示原本光滑表面上沉积了一层凹凸不平的纳米级颗粒薄膜，原本的泡沫镍金属晶界也已被遮盖了起来。值得注意的是，这些颗粒大都呈现出垂直于泡沫镍表面排列的尖锥形，其侧面照片如图 2.2b 中的插图所示，这些尖锥体的高度和大小并不均一，平均高度在 500 nm 左右，它们的直径基本上都在数十纳米，特别是底部直径较大，可在 100 纳米以上。在一些间椎体的底部还存在一些裂缝，从这些裂缝中可以看到底部的泡沫镍，因此在甲醇催化过程中，底部这些镍有机会参与反应，降低表面 Pt 催化剂的 CO 中毒性。进一步放大后的高倍 SEM 照片如图 2.2d 所示，可以看出这些尖锥体的根部直径约为 150 nm，尖端部分只有几个纳米，而且其表面也十分粗糙，这样的结构必将能够提供较大的
本文编号：2777831
【学位授予单位】：西南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O643.36;TM911.4
【图文】：
化氧化效果最好，因此本章以下的研究均采用该合成条件得到的样品。对所制备的样品，使用扫描电子显微镜（SEM, JEOLJSM7100F）和附带的仪（EDS, Oxford Aztec X-act）分析其形貌和元素组成。电化学性能测试在电工作站（CHI660E）上进行的，实验采用三电极体系，泡沫镍负载 Pt 纳米结为工作电极，铂片电极为对电极，银/氯化银电极为参比电极，电解液为 0.5 mo KOH 溶液，测试实验在室温下进行。.3 形貌结构表征扫描电镜（SEM）是观察样品形貌最为方便、有效的测试方法，使我们可观的看到样品表面和晶粒的各种形貌特征。图 2.1a 是泡沫镍基底 SEM 照片，可以看出，泡沫镍集流体为三维多孔网状结构，孔径分布比较均匀，可形成的通道，这可以大大的增加反应接触面积。图 2.1b 所示为泡沫镍的局部放大，可以观察到泡沫镍的表面较为光滑，无杂质和附着物，并且可以清楚的看界。经过电化学沉积贵金属 Pt 之后，灰色的泡沫镍表面变为黑色，对于这层黑
镍负载 Pt 纳米结构的电 mA，沉积时长为 10 min 的样品对甲醇的电研究均采用该合成条件得到的样品。显微镜（SEM, JEOLJSM7100F）和附带的能其形貌和元素组成。电化学性能测试在电化采用三电极体系，泡沫镍负载 Pt 纳米结构/氯化银电极为参比电极，电解液为 0.5 mol/L。貌最为方便、有效的测试方法，使我们可以貌特征。图 2.1a 是泡沫镍基底 SEM 照片，由孔网状结构，孔径分布比较均匀，可形成对触面积。图 2.1b 所示为泡沫镍的局部放大照实验装置示意图
图 2.2 不同放大倍数下泡沫镍负载 Pt 纳米结构的 SEM 图，图 a 中的插图为能谱仪对样品中元素分析的结果，图 b 中的插图为 Pt 颗粒膜的断面图。物质，我们采用扫描电子显微镜进行了形貌分析，结果如图 2.2 所示。低倍的电镜照片（图 2.2a）显示在三维多孔的泡沫镍表面均匀致密的覆盖了一层沉积物，放大后的照片（图 2.2b 和 2.2c）显示原本光滑表面上沉积了一层凹凸不平的纳米级颗粒薄膜，原本的泡沫镍金属晶界也已被遮盖了起来。值得注意的是，这些颗粒大都呈现出垂直于泡沫镍表面排列的尖锥形，其侧面照片如图 2.2b 中的插图所示，这些尖锥体的高度和大小并不均一，平均高度在 500 nm 左右，它们的直径基本上都在数十纳米，特别是底部直径较大，可在 100 纳米以上。在一些间椎体的底部还存在一些裂缝，从这些裂缝中可以看到底部的泡沫镍，因此在甲醇催化过程中，底部这些镍有机会参与反应，降低表面 Pt 催化剂的 CO 中毒性。进一步放大后的高倍 SEM 照片如图 2.2d 所示，可以看出这些尖锥体的根部直径约为 150 nm，尖端部分只有几个纳米，而且其表面也十分粗糙，这样的结构必将能够提供较大的
【参考文献】
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2 蔡英;直接甲醇燃料电池有序功能铂基合金阳极催化剂的研究[D];广西师范大学;2008年
本文编号：2777831
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