钯/碱式碳酸盐纳米复合催化剂的制备及其催化乙醇氧化性能研究
发布时间：2021-10-17 11:46
开发与利用清洁新能源是人类社会根本性解决能源短缺、环境污染与破坏等全球性问题的必由之路。燃料电池是一种将化学能直接转化为电能的新型能源技术,它具有能量转换效率高、环境友好、可靠性高、适用范围广等技术优势,预期将在未来能源经济架构中扮演不可或缺的重要角色。在诸多可供选择的电池燃料中,乙醇因无毒、便于储运、规模化生产工艺成熟等优点而备受关注;加之直接乙醇燃料电池（DEFC）具有较高理论工作电压（1.15 V）和高理论能量密度(8.01 Wh?g-1),DEFC一直是能源技术领域的研究热点。研究表明,贵金属Pd、Pt对于乙醇电化学氧化反应（EOR）具有高催化活性,但存在极易失活的严重问题,致使DEFC的商业化应用受到严重制约。目前,因缺乏对于EOR复杂反应机理的深入认识,通过引入协同改性相来改善贵金属催化剂的稳定性仍是主导型研究思路。本文从探索新型协同改性相角度出发,重点围绕低载量、高分散纳米Pd复合催化剂合成、碱式碳酸盐的改性效果与机理开展研究,取得主要进展如下:（1）采用水热法合成碳布（CFC）负载的碱式碳酸钴（CCH）纳米线,后通过Pd前驱体与CCH的界面反应在C...
【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】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
直接硼氢化钠燃料电池的工作原理示意图[29]
华南理工大学硕士学位论文10机理与低成本高性能催化剂的研制等方面[43]。1.4.1直接乙醇燃料电池的工作原理图1-3为直接乙醇燃料电池在碱性条件下、以氧气为氧化剂的工作原理示意图。所有的反应都发生在膜电极组件中，电子汇集至集流器以传递到外电路做功。图1-4为DEFC的反应流程图[44]。在阳极区，乙醇分子在催化剂的作用下发生电催化氧化过程并生成H2O和CO2，产生的电子从阳极区经外电路后到达阴极区；在阴极区，氧气分子获得电子并与水反应生成OH–。在相对于标准氢电极（SHE）的电位下，以乙醇作为阳极反应燃料，以氧气为阴极氧化剂的电化学反应机理如下：阳极：C2H5OH+12OH–→2CO2+9H2O+12e–(1-10)阴极：3O2+6H2O+12e–→12OH–(1-11)总反应：C2H5OH+3O2→2CO2+3H2O(1-12)图1-3乙醇燃料电池的工作原理示意图Figure1-3SchematicdiagramoftheworkingprincipleofDEFC.
第一章绪论11图1-4直接乙醇燃料电池的反应流程图[44]Figure1-4Reactionflowchartofdirectethanolfuelcell[44].从上述电化学方程式中可以看到，乙醇完全氧化涉及12电子转移的过程。其具有较高的理论电动势（1.15Vvs.SHE），能量密度为8.01Whg-1；此外，乙醇的能量转化效率高于甲醇，因此DEFC具有广阔的发展前景[45]。1.4.2直接乙醇燃料电池中存在的问题尽管乙醇作为阳极燃料具有较大的优势，但是目前DEFC仍然处于研究探索的阶段，未能实现大规模的商业化应用。这是由于以下几方面因素：（1）乙醇对电解质膜仍然具有一定的渗透作用。乙醇分子从阳极区通过电解质膜渗透至阴极区，可以在阴极电催化剂上发生电化学氧化而产生混合电势，降低电池的运行效率[46]；（2）对乙醇电催化氧化反应机理的认知仍然不够清晰。如图1-5所示[47]，乙醇在电化学氧化过程中的主要有两条反应路径，即C1-pathway和C2-pathway。C1-pathway代表乙醇分子通过12电子反应完全氧化，转化为水和二氧化碳;C2-pathway代表乙醇经四电子反应，生成乙酸（或乙酸盐）和水。在大多数情况下，由于乙醇分子结构复杂并且含有C-C键，使得其很难发生12电子转移的完全氧化过程。在反应过程中，乙醇氧化的反应动力学较为缓慢，且会产生多种中间产物和化学吸附脱附，这极大增加了机理探究的复杂性[48]；
【参考文献】：
期刊论文
[1]燃料电池技术发展现状与展望[J]. 侯明,衣宝廉. 电化学. 2012(01)
[2]直接NaBH4/H2O2燃料电池的研究进展[J]. 王贵领,兰剑,曹殿学,孙克宁. 化工学报. 2008(04)
[3]直接乙醇燃料电池中乙醇电氧化过程的热力学和动力学考虑[J]. 宋树芹,王毅,沈培康. 催化学报. 2007(09)
[4]燃料电池——新的绿色能源[J]. 崔爱玉,付颖. 应用能源技术. 2006(07)
[5]基于工程造价及发电成本的核电与火电比较研究[J]. 陈衬兰. 科技与管理. 2005(04)
[6]燃料电池的原理、技术状态与展望[J]. 衣宝廉. 电池工业. 2003(01)
[7]质子交换膜燃料电池的发展现状[J]. 张华民,明平文,邢丹敏. 当代化工. 2001(01)
[8]燃料电池现状与未来[J]. 衣宝廉. 电源技术. 1998(05)
硕士论文
[1]直接肼燃料电池的研究[D]. 劳绍江.浙江大学 2010
本文编号：3441711
【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】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
直接硼氢化钠燃料电池的工作原理示意图[29]
华南理工大学硕士学位论文10机理与低成本高性能催化剂的研制等方面[43]。1.4.1直接乙醇燃料电池的工作原理图1-3为直接乙醇燃料电池在碱性条件下、以氧气为氧化剂的工作原理示意图。所有的反应都发生在膜电极组件中，电子汇集至集流器以传递到外电路做功。图1-4为DEFC的反应流程图[44]。在阳极区，乙醇分子在催化剂的作用下发生电催化氧化过程并生成H2O和CO2，产生的电子从阳极区经外电路后到达阴极区；在阴极区，氧气分子获得电子并与水反应生成OH–。在相对于标准氢电极（SHE）的电位下，以乙醇作为阳极反应燃料，以氧气为阴极氧化剂的电化学反应机理如下：阳极：C2H5OH+12OH–→2CO2+9H2O+12e–(1-10)阴极：3O2+6H2O+12e–→12OH–(1-11)总反应：C2H5OH+3O2→2CO2+3H2O(1-12)图1-3乙醇燃料电池的工作原理示意图Figure1-3SchematicdiagramoftheworkingprincipleofDEFC.
第一章绪论11图1-4直接乙醇燃料电池的反应流程图[44]Figure1-4Reactionflowchartofdirectethanolfuelcell[44].从上述电化学方程式中可以看到，乙醇完全氧化涉及12电子转移的过程。其具有较高的理论电动势（1.15Vvs.SHE），能量密度为8.01Whg-1；此外，乙醇的能量转化效率高于甲醇，因此DEFC具有广阔的发展前景[45]。1.4.2直接乙醇燃料电池中存在的问题尽管乙醇作为阳极燃料具有较大的优势，但是目前DEFC仍然处于研究探索的阶段，未能实现大规模的商业化应用。这是由于以下几方面因素：（1）乙醇对电解质膜仍然具有一定的渗透作用。乙醇分子从阳极区通过电解质膜渗透至阴极区，可以在阴极电催化剂上发生电化学氧化而产生混合电势，降低电池的运行效率[46]；（2）对乙醇电催化氧化反应机理的认知仍然不够清晰。如图1-5所示[47]，乙醇在电化学氧化过程中的主要有两条反应路径，即C1-pathway和C2-pathway。C1-pathway代表乙醇分子通过12电子反应完全氧化，转化为水和二氧化碳;C2-pathway代表乙醇经四电子反应，生成乙酸（或乙酸盐）和水。在大多数情况下，由于乙醇分子结构复杂并且含有C-C键，使得其很难发生12电子转移的完全氧化过程。在反应过程中，乙醇氧化的反应动力学较为缓慢，且会产生多种中间产物和化学吸附脱附，这极大增加了机理探究的复杂性[48]；
【参考文献】：
期刊论文
[1]燃料电池技术发展现状与展望[J]. 侯明,衣宝廉. 电化学. 2012(01)
[2]直接NaBH4/H2O2燃料电池的研究进展[J]. 王贵领,兰剑,曹殿学,孙克宁. 化工学报. 2008(04)
[3]直接乙醇燃料电池中乙醇电氧化过程的热力学和动力学考虑[J]. 宋树芹,王毅,沈培康. 催化学报. 2007(09)
[4]燃料电池——新的绿色能源[J]. 崔爱玉,付颖. 应用能源技术. 2006(07)
[5]基于工程造价及发电成本的核电与火电比较研究[J]. 陈衬兰. 科技与管理. 2005(04)
[6]燃料电池的原理、技术状态与展望[J]. 衣宝廉. 电池工业. 2003(01)
[7]质子交换膜燃料电池的发展现状[J]. 张华民,明平文,邢丹敏. 当代化工. 2001(01)
[8]燃料电池现状与未来[J]. 衣宝廉. 电源技术. 1998(05)
硕士论文
[1]直接肼燃料电池的研究[D]. 劳绍江.浙江大学 2010
本文编号：3441711
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