铜基纳米材料的合成及其在电催化反应上的应用
发布时间：2021-03-20 05:01
燃料电池具有清洁、高效的特点,发展高性能电催化材料是促进燃料电池进一步发展的必需途径。近年来,铜基纳米催化剂的在电催化方面展现出优异的应用前景。铂铜复合电催化剂可以有效提升电催化性能,并降低催化剂中铂的使用量。本文围绕PtCu合金催化剂的合成、表征以及其燃料电池相关的氧气还原反应（ORR）和甲醇氧化反应（MOR）电催化活性进行了研究,具体内容如下:1.通过两种不同的合成方法,分别得到了球形结构和空心结构的纳米催化剂,并且探究了 Cu纳米颗粒的反应时间、铂铜投入比及合成方法对催化剂结构和性能的影响。其中,发现两步法合成的PtCu纳米颗粒能减少Cu的氧化,暴露更多的合金晶面。另外,发现空心结构的PtCu纳米催化剂的电化学活性更加优异,Cu的引入可以有效的调节Pt的电子结构,进而改变Pt对氧（或甲醇）的吸附能,有利于ORR与MOR催化活性的提高。结果表明:低铂中空结构PtCu/C（PtCu-1/10）纳米催化剂,在0.9 V时的质量活性为0.55 AmgPt-1,是商业Pt/C的3.3倍;在0.9 V时的比活性为1.26 mAcm-2,是商业Pt/C的3.7倍,其较高的质量活性和比活性归因于...
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：112 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－３碱性燃料电池工作原理示意图Ｍｌ??Ｆｉｇ?１－３?Ｓｃｈｅｍｅ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｗｏｒｋｉｎｇ?ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ?ｏｆ?ｔｈｅ?ａｌｋａｌｉｎｅ?ｆｕｅｌ?ｃｅｌｌ?＾４４１??
流密度，从而提供最大的功率密度。拟??合极化曲线或绘制过电势与电流的对数曲线可得出塔菲尔斜率和交换电流密度。??（２）循环伏安法：电化学中常用的测试方法就有循环伏安法，它可以提供化学??反应的许多信息，比如催化剂对电化学的响应和催化剂对具体反应的催化活性??等。??１５?１??Ｅ｜ｉｃ??，?／ＩＶ??Ｉ?５?／??％??１。，?＾?＊＊＊｜８Ｍ＾?１?ｋ?？?ｊ??ｔ．１?０．９?０Ｊ?０．５?０３??Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ?（Ｖ?ｖｓ?Ａｇ／Ａ＾Ｃｉ｝??图１－５电化学反应中循环伏安图［１８８］??Ｆｉｇ?１－５?Ｃｙｃｌｉｃ?ｖｏｌｔａｍｍｏｇｒａｍ?ｉｎ?ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ?ｒｅａｃｔｉｏｎ＂８８】??１８??
?懸???图１－５描述了在一定电势范围内，以一定的扫描速率，对催化剂进行多次反??复扫描，得到的电流－电势图。根据曲线的形状可以得到电化学反应的相关信息，??比如反应是否可逆等。其中，ｉｐａ指氧化峰的峰电流，ｉｐ指还原峰的峰电流，ｆｐａ??指氧化峰的峰电位，指还原峰的峰电位。??另外，随着ｐＨ值的变化，氧化还原电对峰电势会发生变化，揭示了表面吸??附物质的电化学反应机理。对于涉及质子或Ｏｆｆ?Ｃ例如０?＋?ｍＨ＋＋ｎｅ＞＂＞Ｒ）的反??应，随着ｐＨ的变化，平均峰电势的变化（阳极电势和阴极电势的平均值）遵循??以下公式：??Ｅｆ?＝?Ｅ°?－２．３０３＾ｐＨ??式（１－４６）??其中以是平均峰电势，ＥＧ是能斯特电势ｆ６１，？，７１，７２］。??起始电位和峰值电流证明了催化剂的催化活性。例如，ＣｏＨＦＰＣ对氧气还原??反应具有很强的电催化活性。图１－６在空气饱和的０．１?ＭＮａ２Ｓ０４溶液中比较了光??滑的石墨电极（ａ）和涂有ＣｏＨＦＰＣ的石墨电极（ｂ）的循环伏安图。两个电极??都催化氧气还原反应，而ＣｏＨＦＰＣ涂层电极上ＯＲＲ的起始电位比光滑石墨电极??早?１００－２００?ｍＶ［７３］。??－１．００?－０．８０?－０．６０?－０．４０?－０．２０?０．００?０．２０?０．４０?０．６０?０．８０??＇?＇?Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ！?Ｖ（ｖｓ．?ＮＨＥ）?＇?＇??Ｔ??２ｘ１０、??、爸ｒ??图１－６在ｐＨ＝６，且空气饱和的０．１ＭＮａ２Ｓ〇４溶液中（ａ）光滑的石墨电极和（ｂ）吸附??在石墨电极上的ＣｏＨＦＰＣ循环伏安图［７３］??Ｆｉｇ?１－６?ＣＶ?ｃｕｒｖｅｓ?ｏｆ?（ａ）?ｂａｒｅ?ｇｒａｐｈｉ
本文编号：3090464
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：112 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－３碱性燃料电池工作原理示意图Ｍｌ??Ｆｉｇ?１－３?Ｓｃｈｅｍｅ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｗｏｒｋｉｎｇ?ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ?ｏｆ?ｔｈｅ?ａｌｋａｌｉｎｅ?ｆｕｅｌ?ｃｅｌｌ?＾４４１??
流密度，从而提供最大的功率密度。拟??合极化曲线或绘制过电势与电流的对数曲线可得出塔菲尔斜率和交换电流密度。??（２）循环伏安法：电化学中常用的测试方法就有循环伏安法，它可以提供化学??反应的许多信息，比如催化剂对电化学的响应和催化剂对具体反应的催化活性??等。??１５?１??Ｅ｜ｉｃ??，?／ＩＶ??Ｉ?５?／??％??１。，?＾?＊＊＊｜８Ｍ＾?１?ｋ?？?ｊ??ｔ．１?０．９?０Ｊ?０．５?０３??Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ?（Ｖ?ｖｓ?Ａｇ／Ａ＾Ｃｉ｝??图１－５电化学反应中循环伏安图［１８８］??Ｆｉｇ?１－５?Ｃｙｃｌｉｃ?ｖｏｌｔａｍｍｏｇｒａｍ?ｉｎ?ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ?ｒｅａｃｔｉｏｎ＂８８】??１８??
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