Pd/TM@TM x O y -rGO（TM=Ni，Co，Mn）复合结构材料的制备及电催化性能研究
发布时间：2021-01-15 11:58
近年来,直接甲醇燃料电池（DMFC）因其操作简单、污染低、能量密度高等优点,受到了广泛的关注。在DMFC各组分中,成本占比最高的是阳极催化剂,而常见的Pt基和Pd基催化剂因成本高、易中毒等缺点,限制了燃料电池的产业化。在碱性介质中,Pd基催化剂的抗中毒能力比Pt基催化剂好,故目前广泛地研究Pd基催化剂。本论文采用不同的还原剂来制备具有核壳结构的过渡金属粒子（TM=Ni,Co,Mn）修饰的还原氧化石墨烯（rGO）为载体（TM@TMx Oy-rGO）,再用光化学还原法负载Pd纳米短链制得Pd/TM@TMx Oy-rGO催化剂,系统地开展研究工作,分别采用了强还原剂硼氢化钠（NaBH4）、弱还原剂葡萄糖（Glucose）和酰胺类还原剂N,N-二甲基甲酰胺（DMF）,其制得的催化剂分别表示为Pd/TM@TMx Oy-rGO（B）、Pd/TM@TMx Oy-rGO（G）和Pd/TM@TMx<...
【文章来源】：昆明理工大学云南省
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
直接甲醇燃
昆明理工大学硕士论文2甲醇来源广、成本低、易储存和运输等优点，使得DMFC成为新能源主流研究之一[5]。图1.1是甲醇燃料电池在生活中的一些应用。图1.1直接甲醇燃料电池在生活中的应用1.2.1直接甲醇燃料电池的结构和工作原理图1.2直接甲醇燃料电池构造和工作原理示意图直接甲醇燃料电池工作原理（如图1.2所示）,将甲醇溶液送至燃料电池的阳极,在催化剂作用下,甲醇被氧化为CO2,并获得电子和氢质子,电子通过外电路传递到阴极,而氢质子则经过质子交换膜也移动到阴极,实现质子导电。空气或O2与水蒸气的混合物被传到阴极,氧分子与电子和质子在阴极上发生电催化还原反应生成水。质子的迁移导致阳极出现带负电的电子积累,从而形成负极,而阴极的氧分子在催化剂的作用下与电子反应变成氧离子,使阴极形成正极。其结果就是阳极和阴极之间产生一个电压,两端通过外电路构成闭合回路,电子自阳极流向阴极,继而产生电流。反应方程式如下所示：阳极：CH3OH+H2O→CO2+6H++6e-(1.1)阴极：3/2O2+6H++6e-→3H2O(1.2)总反应：CH3OH+3/2O2→CO2+H2O(1.3)
昆明理工大学硕士论文4最后把CO2排出。甲醇在Pt电极表面的电氧化机理如图1.3所示，主要包括以下步骤：图1.3甲醇在Pt电极表面的电氧化机理[9]CH3OH+Pt→Pt-CH2OH+H++e-(1.7)Pt-CH2OH+Pt→Pt2-CHOH+H++e-(1.8)Pt2-CHOH+Pt→Pt3-COH+H++e-(1.9)Pt3-COH→Pt-CO+2Pt+H++e-(1.10)M+H2O→M-OHads+H++e-(1.11)Pt-CO+M-OHads→PtM+CO2+H++e-(1.12)在反应温度较低时，甲醇发生不完全氧化反应，生成甲酸或甲醛[6,7]：Pt-CH3OH→Pt+HCHO+H++e-(1.13)Pt2-CHOH+M-OH→Pt2M+HCOOH+H++e-(1.14)其中（1.7）～（1.10）是电吸附过程，反应速率分别是（1.9）＞（1.8）＞（1.7）。该机理认为CO是一个不可避免的中间产物，被称为连续反应路径。也有一些研究者认为甲醇在Pt电极上的氧化是平行路径，一条途径是毒化途径，即为生成CO；
【参考文献】：
期刊论文
[1]高催化活性Pd-Co3O4/MWCNTs催化剂对甲醇氧化的电催化性能[J]. 聂素连,赵彦春,范杰文,田建袅,宁珍,李笑笑. 物理化学学报. 2012(04)
[2]金属纳米颗粒制备中的还原剂与修饰剂[J]. 王立英,蔡灵剑,沈頔,冯永刚,陈萌,钱东金. 化学进展. 2010(04)
[3]边长为微米级的银纳米片的简易合成与形成机理[J]. 段君元,章桥新,王一龙,官建国. 物理化学学报. 2009(07)
[4]低温燃料电池担载型贵金属催化剂[J]. 李文震,孙公权,严玉山,辛勤. 化学进展. 2005(05)
本文编号：2978832
【文章来源】：昆明理工大学云南省
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
直接甲醇燃
昆明理工大学硕士论文2甲醇来源广、成本低、易储存和运输等优点，使得DMFC成为新能源主流研究之一[5]。图1.1是甲醇燃料电池在生活中的一些应用。图1.1直接甲醇燃料电池在生活中的应用1.2.1直接甲醇燃料电池的结构和工作原理图1.2直接甲醇燃料电池构造和工作原理示意图直接甲醇燃料电池工作原理（如图1.2所示）,将甲醇溶液送至燃料电池的阳极,在催化剂作用下,甲醇被氧化为CO2,并获得电子和氢质子,电子通过外电路传递到阴极,而氢质子则经过质子交换膜也移动到阴极,实现质子导电。空气或O2与水蒸气的混合物被传到阴极,氧分子与电子和质子在阴极上发生电催化还原反应生成水。质子的迁移导致阳极出现带负电的电子积累,从而形成负极,而阴极的氧分子在催化剂的作用下与电子反应变成氧离子,使阴极形成正极。其结果就是阳极和阴极之间产生一个电压,两端通过外电路构成闭合回路,电子自阳极流向阴极,继而产生电流。反应方程式如下所示：阳极：CH3OH+H2O→CO2+6H++6e-(1.1)阴极：3/2O2+6H++6e-→3H2O(1.2)总反应：CH3OH+3/2O2→CO2+H2O(1.3)
昆明理工大学硕士论文4最后把CO2排出。甲醇在Pt电极表面的电氧化机理如图1.3所示，主要包括以下步骤：图1.3甲醇在Pt电极表面的电氧化机理[9]CH3OH+Pt→Pt-CH2OH+H++e-(1.7)Pt-CH2OH+Pt→Pt2-CHOH+H++e-(1.8)Pt2-CHOH+Pt→Pt3-COH+H++e-(1.9)Pt3-COH→Pt-CO+2Pt+H++e-(1.10)M+H2O→M-OHads+H++e-(1.11)Pt-CO+M-OHads→PtM+CO2+H++e-(1.12)在反应温度较低时，甲醇发生不完全氧化反应，生成甲酸或甲醛[6,7]：Pt-CH3OH→Pt+HCHO+H++e-(1.13)Pt2-CHOH+M-OH→Pt2M+HCOOH+H++e-(1.14)其中（1.7）～（1.10）是电吸附过程，反应速率分别是（1.9）＞（1.8）＞（1.7）。该机理认为CO是一个不可避免的中间产物，被称为连续反应路径。也有一些研究者认为甲醇在Pt电极上的氧化是平行路径，一条途径是毒化途径，即为生成CO；
【参考文献】：
期刊论文
[1]高催化活性Pd-Co3O4/MWCNTs催化剂对甲醇氧化的电催化性能[J]. 聂素连,赵彦春,范杰文,田建袅,宁珍,李笑笑. 物理化学学报. 2012(04)
[2]金属纳米颗粒制备中的还原剂与修饰剂[J]. 王立英,蔡灵剑,沈頔,冯永刚,陈萌,钱东金. 化学进展. 2010(04)
[3]边长为微米级的银纳米片的简易合成与形成机理[J]. 段君元,章桥新,王一龙,官建国. 物理化学学报. 2009(07)
[4]低温燃料电池担载型贵金属催化剂[J]. 李文震,孙公权,严玉山,辛勤. 化学进展. 2005(05)
本文编号：2978832
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