H 2 O 2 电还原催化剂的制备与性能研究

发布时间：2024-01-19 17:25

　　过氧化氢(H₂O₂,Hydrogen peroxide)由于具有高体积能量密度,较快的反应动力学,生产成本低、易于储存和运输等优点,被视为一种可以替代氧气应用于燃料电池的液态氧化剂。目前,H₂O₂已经被应用于金属半燃料电池、直接硼氢化物-过氧化氢燃料电池、直接过氧化氢-过氧化氢燃料电池、直接甲醇-过氧化氢燃料电池等燃料电池系统中。H₂O₂的电还原反应是一个只涉及单一氧双键断裂的2电子传输过程,与氧气还原的4电子还原过程相比具有较低的反应活化能和较高的阴极电势。同时,由于H₂O₂常温下呈液态,相比气态或者液态氧在储存和运输上的不便,H₂O₂可以有效的改善燃料电池阴极氧化剂的携带量,并且不需要像氧气一样在高压容器中储存,减轻了燃料电池系统的重量,简化了系统结构。而且,H₂O₂可以以任意比例与水混合注入阴极,解决了在水下等高压环境下...

【文章页数】：124 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 燃料电池
        1.1.1 燃料电池研究背景
        1.1.2 燃料电池的优点
        1.1.3 燃料电池的应用
        1.1.4 燃料电池应用的限制条件
    1.2 H₂O₂基燃料电池
    1.3 H₂O₂电还原反应
        1.3.1 H₂O₂的电还原机理
        1.3.2 H₂O₂阴极电还原存在的问题
    1.4 H₂O₂电还原催化剂
        1.4.1 H₂O₂电还原催化剂的要求
        1.4.2 H₂O₂电还原催化剂的分类
        1.4.3 H₂O₂电还原催化剂的研究现状
    1.5 本论文的研究意义和主要内容
第2章 实验材料及研究方法
    2.1 实验试剂与原料
    2.2 实验仪器与设备
    2.3 材料的表征方法
        2.3.1 X射线衍射(XRD)
        2.3.2 扫描电子显微镜(SEM)
        2.3.3 透射电子显微镜(TEM)
        2.3.4 X射线能谱仪(EDS)
        2.3.5 X射线光电子能谱(XPS)
    2.4 电化学测试方法
        2.4.1 循环伏安测试(CV)
        2.4.2 计时电流测试(CA)
    2.5 本章小结
第3章 Pt/C@TiO₂电极催化H₂O₂电还原的性能研究
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 Ti基板的预处理
        3.2.2 C@TiO2 纳米阵列基体的制备
        3.2.3 Pt/C@TiO₂电极的制备
        3.2.4 Pt/C@TiO₂电极性能测试方法及步骤
    3.3 Pt/C@TiO₂电极的物理表征
        3.3.1 Pt/C@TiO₂电极的物相组成分析
        3.3.2 Pt/C@TiO₂电极表面形貌和结构分析
    3.4 Pt/C@TiO₂电极的电化学性能测试
        3.4.1 影响Pt/C@TiO₂电极对H₂O₂电还原反应催化性能的因素分析
        3.4.2 C@TiO2 基体和Pt/C@TiO₂电极催化活性对比
    3.5 Pt/C@TiO₂电极上H₂O₂电还原反应
        3.5.1 NaOH浓度对H₂O₂电还原反应的影响
        3.5.2 H₂O₂浓度对H₂O₂电还原反应的影响
        3.5.3 反应温度对H₂O₂电还原反应的影响
        3.5.4 电极电位对H₂O₂电还原反应的影响
    3.6 本章小结
第4章 Au/C@TiO₂电极催化H₂O₂电还原的性能研究
    4.1 引言
    4.2 实验部分
        4.2.1 C@TiO₂纳米线基体的制备
        4.2.2 Au/C@TiO₂电极的制备
    4.3 Au/C@TiO₂纳米线阵列电极的物理表征
        4.3.1 物相组成分析
        4.3.2 表面形貌和结构分析
    4.4 碱性环境中Au/C@TiO₂电极上H₂O₂电还原反应
        4.4.1 碱性环境中Au/C@TiO₂电极测试电位范围的选择
        4.4.2 KOH浓度对H₂O₂电还原的影响
        4.4.3 H₂O₂浓度对H₂O₂电还原的影响
    4.5 酸性环境中Au/C@TiO2 电极上H₂O₂电还原反应
        4.5.1 H₂SO₄ 浓度对H₂O₂电还原反应的影响
        4.5.2 H₂O₂浓度对H₂O₂电还原的影响
    4.6 Au/C@TiO₂电极的稳定性测试
    4.7 本章小结
第5章 MnO₂/C@TiO₂电极催化H₂O₂电还原的性能研究
    5.1 引言
    5.2 实验部分
    5.3 MnO₂/C@TiO₂ 电极的物理表征
        5.3.1 表面形貌分析
        5.3.2 物相组成分析
        5.3.3 表面成分和元素价态分析
        5.3.4 形貌和结构分析
        5.3.5 表面元素组成分析
    5.4 MnO₂/C@TiO₂电极上H₂O₂电还原反应
        5.4.1 沉积时间对H₂O₂电还原的影响
        5.4.2 NaOH浓度对H₂O₂电还原的影响
        5.4.3 H₂O₂浓度对H₂O₂电还原的影响
        5.4.4 反应温度对H₂O₂电还原的影响
        5.4.5 不同电极电位下电极稳定性测试
    5.5 MnO₂/C@TiO₂电极催化H₂O₂电还原机理初探
    5.6 本章小结
第6章 Ni Ag@C/A电极催化H₂O₂还原的性能研究
    6.1 引言
    6.2 实验部分
        6.2.1 A4纸的预处理
        6.2.2 A4纸-8B铅笔-Ni电极的制备
        6.2.3 A4纸-8B铅笔-Ni Ag电极的制备
    6.3 NiAg@C/A电极的表征
        6.3.1 物相组成分析
        6.3.2 表面形貌和结构分析
    6.4 NiAg@C/A电极的电化学性能测试
        6.4.1 NiAg@C/A电极在碱性溶液中的性能测试
        6.4.2 C/A、Ni@C/A和 Ni Ag@C/A电极性能对比测试
    6.5 NiAg@C/A电极上的H₂O₂电还原反应
        6.5.1 置换时间对H₂O₂电还原的影响
        6.5.2 H₂O₂浓度对H₂O₂电还原的影响
        6.5.3 NaOH浓度对H₂O₂电还原的影响
        6.5.4 电极电位对H₂O₂电还原的影响
        6.5.5 反应温度对H₂O₂电还原的影响
    6.6 NiAg@C/A电极催化H₂O₂电还原机理初探
    6.7 本章小结
第7章 NiPt@C/A电极催化H₂O₂还原的性能研究
    7.1 引言
    7.2 实验部分
    7.3 NiPt@C/A电极的物理表征
        7.3.1 表面形貌和结构分析
        7.3.2 物相组成分析
    7.4 NiPt@C/A电极的电化学性能比较
    7.5 NiPt@C/A电极上的H₂O₂电还原反应
        7.5.1 置换时间对NiPt@C/A电极催化H₂O₂还原的影响
        7.5.2 NaOH浓度对H₂O₂电还原的影响
        7.5.3 H₂O₂浓度对H₂O₂电还原的影响
    7.6 本章小结
结论
创新点
参考文献
攻读博士期间发表的论文和取得的成果
致谢



本文编号：3880182