Pt/CNTs催化剂的甲醇氧化和氧还原电催化机制及其镍、钴磷化物改性
发布时间：2021-08-21 16:06
直接甲醇燃料电池（DMFC）是一种比能量高、环境友好、启动迅速的便携式移动电源,是21世纪最为重要的新能源技术之一。目前,甲醇燃料电池中使用的催化剂,综合性能最好的主要是Pt基贵金属,但由于Pt的昂贵、稀缺和阴极不耐甲醇中毒等问题,使得其商业化进展缓慢。为了减低Pt的含量提高其利用率,阐明Pt负载量和粒径对Pt/CNTs催化剂MOR和ORR性能的影响规律,进一步增强其催化活性,仍是值得深入研究的科学课题,也是解决目前的Pt基催化剂大规模商业化的关键之一。本文系统研究了Pt负载量和粒径对Pt/CNTs催化剂MOR和ORR性能的影响规律,提出了影响MOR和ORR催化性能的作用机制;采用过渡金属磷化物对Pt/CNTs催化剂进行改性,获得了活性和稳定性良好的MOR阳极催化剂,主要内容总结如下:（1）制备了一系列不同Pt负载量的Pt/CNTs催化剂,对其形貌结构进行了表征,分析了其ORR和MOR活性随负载量变化的规律。结果表明,ORR受扩散控制,Pt负载量越高,受扩散控制的影响越显著,其质量比活性和活性表面比活性越低;MOR受质子传递控制,低Pt负载量下催化剂无MOR活性是质子传导受到限制引起的...
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：145 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 燃料电池概述
1.2.1 燃料电池工作原理
1.2.2 燃料电池的分类
1.3 直接甲醇燃料电池(DMFC)
1.3.1 DMFC的基本结构和工作原理
1.3.2 DMFC的主要技术问题和最新进展
1.3.3 DMFC的最新发展趋势
1.4 DMFC催化剂的发展
1.4.1 阳极催化剂
1.4.2 阴极催化剂
1.5 催化剂的制备方法
1.5.1 浸渍法
1.5.2 化学还原法
1.5.3 胶体法
1.5.4 Adams法
1.5.5 离子交换法
1.5.6 电化学沉积法
1.5.7 真空溅射沉积法
1.5.8 高能球磨法
1.5.9 其他方法
1.6 本课题的研究思路和内容
第二章 实验材料和表征方法
2.1 化学试剂和实验仪器
2.1.1 化学试剂
2.1.2 实验仪器
2.2 催化剂的制备
2.2.1 碳纳米管的纯化
2.2.2 Pt/CNTs系列催化剂的制备
2.2.3 Pt/CNTs-E系列催化剂
2.2.4 Pt/RuO_2/CNTs系列催化剂的制备
2.2.5 Pt/MnO_2/CNTs催化剂的制备
2.2.6 Pt/TiB2系列催化剂的制备
2.2.7 Pt/Ni_2P/CNTs系列催化剂的制备
2.2.8 Pt/CoP/CNTs催化剂的制备
2.3 催化剂的结构表征
2.3.1 元素分析
2.3.2 催化剂形貌和颗粒度观察
2.3.3 催化剂表面物相组成、价态和结构组成分析
2.3.4 催化剂比表面积
2.4 催化电极的制备
2.4.1 玻碳电极的预处理
2.4.2 催化电极的制备
2.5 催化剂电化学活性的评价
2.5.1 催化剂的电活性面积的测定
2.5.2 CO-stripping方法测定催化剂的活性面积和耐CO中毒性
2.5.3 甲醇电催化氧化反应的电化学表征
2.5.4 氧还原反应的电化学表征
2.5.5 交流阻抗谱法测试催化剂的电阻电容等性质
2.5.6 线性伏安扫描法测电子转移数
第三章 Pt/CNTs催化剂的MOR和ORR活性随Pt负载量变化的规律研究
3.1 引言
3.2 不同Pt负载量的Pt/CNTs催化剂的结构和活性变化规律
3.3 影响Pt/CNTs的ORR和MOR活性的原因探究
3.3.1 载体的影响
3.3.2 传质的影响
3.3.3 电子和质子(H+)传递的影响
3.4 本章小结
第四章 Pt/CNTs的ORR和MOR活性随Pt颗粒尺寸变化的规律及其作用机制研究 .. 58
4.1 引言
4.2 实验结果与讨论
4.2.1 Pt/CNTs-g催化剂的形貌和结构表征
4.2.2 Pt/CNTs-g催化剂的ORR和MOR电化学性能
4.2.3 Pt/CNTs-g的MOR活性增加的原因分析
4.2.4 质子传导模型
4.3 本章小结
第五章 Ni_2P改性Pt/CNTs催化剂的制备及MOR性能研究
5.1 引言
5.2 实验结果与讨论
5.2.1 Pt和Ni_2P负载的先后顺序对Pt/Ni_2P/CNTs的MOR活性的影响
5.2.2 Pt/Ni_2P/CNTs的形貌和结构表征
5.2.3 Pt/Ni_2P/CNTs催化剂的Ni_2P负载量优化
5.2.4 Pt/Ni_2P/CNTs催化剂的MOR活性和稳定性
5.3 本章小结
第六章 CoP改性Pt/CNTs催化剂的制备及MOR性能研究
6.1 引言
6.2 实验结果与讨论
6.2.1 Pt/CoP/CNTs的形貌和结构表征
6.2.2 Pt/CoP/CNTs催化剂的CoP负载量优化
6.2.3 Pt/CoP/CNTs催化剂的MOR活性和稳定性
6.3 本章小结
结论与展望
参考文献
攻读博士学位期间取得的研究成果
致谢
附件
【参考文献】：
期刊论文
[1]配电网线损管理概述[J]. 张建庆. 中国电力教育. 2014(27)
[2]燃料电池技术发展现状与展望[J]. 侯明,衣宝廉. 电化学. 2012(01)
[3]杂多酸修饰碳纳米管载铂催化剂对甲醇的电催化[J]. 罗宿星,伍远辉,勾华,石模远. 电源技术. 2011(08)
[4]Study on the supramolecular systems of two basic violets with cyclodextrins by MWNTs/Nafion modified glassy carbon electrode[J]. Jin Ping Song~(a,b),YU Jing Guo~(a,*),Shao Min Shuang~(a,*),Chuan Dong~a a Research Center for Environmental Science and Engineering,Shanxi University,Taiyuan 030006,China b Medical College of Shanxi Datong University,Datong 037000,China. Chinese Chemical Letters. 2009(08)
[5]纳米粒子尺寸效应引起的内层电子结合能位移[J]. 赵志娟,刘芬,邱丽美,赵良仲,闫寿科. 物理化学学报. 2008(09)
本文编号：3355919
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：145 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 燃料电池概述
1.2.1 燃料电池工作原理
1.2.2 燃料电池的分类
1.3 直接甲醇燃料电池(DMFC)
1.3.1 DMFC的基本结构和工作原理
1.3.2 DMFC的主要技术问题和最新进展
1.3.3 DMFC的最新发展趋势
1.4 DMFC催化剂的发展
1.4.1 阳极催化剂
1.4.2 阴极催化剂
1.5 催化剂的制备方法
1.5.1 浸渍法
1.5.2 化学还原法
1.5.3 胶体法
1.5.4 Adams法
1.5.5 离子交换法
1.5.6 电化学沉积法
1.5.7 真空溅射沉积法
1.5.8 高能球磨法
1.5.9 其他方法
1.6 本课题的研究思路和内容
第二章 实验材料和表征方法
2.1 化学试剂和实验仪器
2.1.1 化学试剂
2.1.2 实验仪器
2.2 催化剂的制备
2.2.1 碳纳米管的纯化
2.2.2 Pt/CNTs系列催化剂的制备
2.2.3 Pt/CNTs-E系列催化剂
2.2.4 Pt/RuO_2/CNTs系列催化剂的制备
2.2.5 Pt/MnO_2/CNTs催化剂的制备
2.2.6 Pt/TiB2系列催化剂的制备
2.2.7 Pt/Ni_2P/CNTs系列催化剂的制备
2.2.8 Pt/CoP/CNTs催化剂的制备
2.3 催化剂的结构表征
2.3.1 元素分析
2.3.2 催化剂形貌和颗粒度观察
2.3.3 催化剂表面物相组成、价态和结构组成分析
2.3.4 催化剂比表面积
2.4 催化电极的制备
2.4.1 玻碳电极的预处理
2.4.2 催化电极的制备
2.5 催化剂电化学活性的评价
2.5.1 催化剂的电活性面积的测定
2.5.2 CO-stripping方法测定催化剂的活性面积和耐CO中毒性
2.5.3 甲醇电催化氧化反应的电化学表征
2.5.4 氧还原反应的电化学表征
2.5.5 交流阻抗谱法测试催化剂的电阻电容等性质
2.5.6 线性伏安扫描法测电子转移数
第三章 Pt/CNTs催化剂的MOR和ORR活性随Pt负载量变化的规律研究
3.1 引言
3.2 不同Pt负载量的Pt/CNTs催化剂的结构和活性变化规律
3.3 影响Pt/CNTs的ORR和MOR活性的原因探究
3.3.1 载体的影响
3.3.2 传质的影响
3.3.3 电子和质子(H+)传递的影响
3.4 本章小结
第四章 Pt/CNTs的ORR和MOR活性随Pt颗粒尺寸变化的规律及其作用机制研究 .. 58
4.1 引言
4.2 实验结果与讨论
4.2.1 Pt/CNTs-g催化剂的形貌和结构表征
4.2.2 Pt/CNTs-g催化剂的ORR和MOR电化学性能
4.2.3 Pt/CNTs-g的MOR活性增加的原因分析
4.2.4 质子传导模型
4.3 本章小结
第五章 Ni_2P改性Pt/CNTs催化剂的制备及MOR性能研究
5.1 引言
5.2 实验结果与讨论
5.2.1 Pt和Ni_2P负载的先后顺序对Pt/Ni_2P/CNTs的MOR活性的影响
5.2.2 Pt/Ni_2P/CNTs的形貌和结构表征
5.2.3 Pt/Ni_2P/CNTs催化剂的Ni_2P负载量优化
5.2.4 Pt/Ni_2P/CNTs催化剂的MOR活性和稳定性
5.3 本章小结
第六章 CoP改性Pt/CNTs催化剂的制备及MOR性能研究
6.1 引言
6.2 实验结果与讨论
6.2.1 Pt/CoP/CNTs的形貌和结构表征
6.2.2 Pt/CoP/CNTs催化剂的CoP负载量优化
6.2.3 Pt/CoP/CNTs催化剂的MOR活性和稳定性
6.3 本章小结
结论与展望
参考文献
攻读博士学位期间取得的研究成果
致谢
附件
【参考文献】：
期刊论文
[1]配电网线损管理概述[J]. 张建庆. 中国电力教育. 2014(27)
[2]燃料电池技术发展现状与展望[J]. 侯明,衣宝廉. 电化学. 2012(01)
[3]杂多酸修饰碳纳米管载铂催化剂对甲醇的电催化[J]. 罗宿星,伍远辉,勾华,石模远. 电源技术. 2011(08)
[4]Study on the supramolecular systems of two basic violets with cyclodextrins by MWNTs/Nafion modified glassy carbon electrode[J]. Jin Ping Song~(a,b),YU Jing Guo~(a,*),Shao Min Shuang~(a,*),Chuan Dong~a a Research Center for Environmental Science and Engineering,Shanxi University,Taiyuan 030006,China b Medical College of Shanxi Datong University,Datong 037000,China. Chinese Chemical Letters. 2009(08)
[5]纳米粒子尺寸效应引起的内层电子结合能位移[J]. 赵志娟,刘芬,邱丽美,赵良仲,闫寿科. 物理化学学报. 2008(09)
本文编号：3355919
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