基于载Pt的石墨烯/纳米陶瓷三明治结构的质子交换膜燃料电池催化剂

发布时间：2023-11-21 19:36

　　催化剂是质子交换膜燃料电池的核心器件之一。当前,由于石墨烯具有非常优异的物理和化学性能,使得其在燃料电池催化剂的应用方面具有极其诱人的前景。然而,作为质子交换膜燃料电池贵金属催化剂的载体。石墨烯容易发生褶皱和弯曲,降低了贵金属Pt的利用率及催化剂的稳定性。本论文采用简单的溶剂热还原法通过预先在石墨烯(GNS)的表面沉积Pt解决了石墨烯(².2 g/cm3)与陶瓷(SiC:³.2 g/cm3)的比重差异问题,使得陶瓷更容易插入到石墨烯的层间,从而成功的制备出了高效的石墨烯/纳米陶瓷三明治载Pt催化剂。通过测试,发现陶瓷的插入阻碍了GNS片层的二次堆叠和其表面褶皱的产生,从而提高了催化剂的整体比表面积。此外,本论文所制备的Pt-RGO/SiC催化剂的电化学活性面积(ECSA)和质量活性拥有比Pt/RGO和Pt/C更高。最后对其制备的膜电极装电池后进行测试,发现在低铂载量(0.1-0.15 mgPt cm2)的情况下,配备Pt-RGO/SiC催化剂的电池能量密度高达747mW/cm2,远高于配备Pt/RGO催化剂的电池。另一方面,我们对Pt-RGO...

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【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 质子交换膜燃料电池简介
        1.1.1 质子交换膜燃料电池历史及其特征简介
        1.1.2 PEMFC的工作原理
        1.1.3 PEMFC目前还存在的问题
    1.2 PEMFC催化剂
        1.2.1 PEMFC催化剂的要求
        1.2.2 PEMFC催化剂的研究方向
    1.3 石墨烯在燃料电池催化剂载体中的运用
        1.3.1 石墨烯简介
        1.3.2 GNS的制备方法
        1.3.3 GNS做PEMFC催化剂载体研究进展
        1.3.4 GNS做PEMFC催化剂载体的优势与挑战
    1.4 纳米陶瓷在燃料电池中的运用
        1.4.1 纳米陶瓷作为催化剂载体提高稳定性
        1.4.2 通过掺混方式提高纳米陶瓷载体的电导性
    1.5 本论文研究思路和主要内容
第2章 实验材料和研究方法
    2.1 实验试剂与仪器
        2.1.1 实验试剂
        2.1.2 实验仪器
    2.2 催化剂测试及表征方法
        2.2.1 全自动比表面积及孔隙度分析表征
        2.2.2 场发射扫描电镜表征
        2.2.3 扫描电子显微镜表征
        2.2.4 场发射高分辨率透射电子表征
        2.2.5 粉末X射线衍射分析表征
        2.2.6 全谱直读电感耦合等离子发射光谱表征
        2.2.7 拉曼光谱
    2.3 电化学性能分析
        2.3.1 电极墨水的配备
        2.3.2 膜电极的制备
        2.3.3 催化剂的活性面积测试
        2.3.4 催化剂氧化还原性能测试
        2.3.5 催化剂稳定性测试
        2.3.6 电化学阻抗谱
第3章 Pt-RGO/SiC催化剂的制备和性能表征
    3.1 前言
    3.2 Pt-RGO/SiC催化剂的制备
    3.3 实验结果
        3.3.1 催化剂结构和形貌分析
        3.3.2 催化剂循环伏安活性分析
        3.3.3 催化剂氧化还原活性分析
        3.3.4 催化剂电化学稳定性分析
        3.3.5 催化剂电化单电池性能测试分析
    3.4 实验讨论
第4章 主要结论
致谢
参考文献
攻读硕士期间发表的论文
攻读硕士期间参与项目



本文编号：3865849