氮掺杂碳封装铂基催化剂及其氧还原反应性能

发布时间：2024-03-24 11:10

　　质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC)是目前较为主流的清洁能源利用装置之一,其中Pt基催化剂是应用最广泛的的阴极ORR催化剂。但由于Pt基催化剂价格昂贵且长期耐久性能差,研究者们对其进行了大量的改性及结构调控,旨在获得高性能的低铂电催化剂。本论文主要研究了阴极Pt基催化剂稳定性的优化与提升策略,设计了一种氮掺杂碳封装Pt基纳米晶体结构。主要方式是引入氮掺杂碳薄层对贵金属纳米颗粒进行封装,抑制颗粒的迁移、溶解或者脱落,从而使催化剂具有更优异的稳定性。主要研究内容及获得的研究成果如下:1.设计并构筑了氮掺杂碳封装Pt纳米催化剂。以高聚物聚丙烯腈纤维(PANF)为氮掺杂碳薄层的来源,采用乙二醇液相还原法制备出均匀细小的贵金属颗粒,并与PANF在液相中混合,使其包裹在颗粒外部,然后负载在XC-72上,最后进行热处理得到Pt@NC/C催化剂。研究发现,氮掺杂碳结构的引入能增强Pt颗粒与碳载体之间的相互作用,并将Pt颗粒固定在碳载体表面,从而提高催化剂的稳定。电化学性能测试结果表明Pt@NC/C催化剂的电化学活性面积(ECSA)可高达...

【文章页数】：77 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 燃料电池概述
    1.2 质子交换膜燃料电池概述
        1.2.1 质子交换膜燃料电池的结构和工作原理
        1.2.2 质子交换膜燃料电池的阴极氧还原反应
    1.3 质子交换膜燃料电池阴极催化剂
        1.3.1 Pt催化剂性能衰减机理
        1.3.2 耐久性阴极催化剂研究现状
    1.4 乙二醇还原法制备催化剂
    1.5 本论文的研究意义与内容
第二章 实验方法
    2.1 实验试剂与仪器
    2.2 催化剂结构表征
        2.2.1 X射线衍射仪
        2.2.2 透射电子显微镜
        2.2.3 红外光谱分析
        2.2.4 拉曼光谱
        2.2.5 X射线光电子能谱分析
        2.2.6 全谱直读等离子体发射光谱
    2.3 催化剂电化学性质表征
        2.3.1 工作电极的制备
        2.3.2 循环伏安曲线
        2.3.3 线性伏安扫描法
        2.3.4 电化学稳定性分析
第三章 具有双活性位点的氮掺杂碳封装Pt催化剂的ORR性能
    3.1 前言
    3.2 催化剂的制备
        3.2.1 乙二醇液相还原法制备Pt@PANF/C前驱体
        3.2.2 热处理制备Pt@NC/C
    3.3 实验结果与讨论
        3.3.1 形貌及结构表征
        3.3.2 电化学性能表征
    3.4 本章小结
第四章 氮掺杂碳封装Pt₃Co合金催化剂的ORR性能
    4.1 前言
    4.2 催化剂制备
    4.3 实验结果和讨论
        4.3.1 形貌和结构表征
        4.3.2 电化学性能表征
    4.4 本章小结
第五章 结论与展望
致谢
参考文献
硕士期间研究成果
参加的科研项目



本文编号：3937357