小尺寸过渡金属氮化物在碳纳米管上的锚定及电化学应用

发布时间：2017-06-09 08:03

  本文关键词：小尺寸过渡金属氮化物在碳纳米管上的锚定及电化学应用，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：能源与环境是当今世界的两大主题,化石能源的大量使用造成了严重的环境污染和全球性的温室效应。因此,探索发展出一种即能满足人类的能源需求又能对环境友好的新能源形式变得迫在眉睫。燃料电池为一种以清洁能源(H2、CH_3OH、C2H5OH等)为燃料的新能源利用装置,对环境几乎没有污染。催化剂成本高,催化活性低,稳定性差和易受反应中副产物(CO)的毒化问题大大限制燃料电池在实际应用。所以,开发一种低成本,具有优秀的催化活性、高稳定性和抗中毒能力的催化剂是十分必要的。由于诸多优异的性能,过渡金属氮(碳)化物已经成为贵金属的优良的助催化材料而改善其催化活性和稳定性。我们认为将小尺寸的WN(氮化钨)锚定在均匀分散的碳纳米管(CNTs)上是提供有前景的电催化材料的一种有效的方式。在本论文里,先基于“研磨”的方法处理样品随后对样品进行氮化是合成实现高性能催化剂的有效途径。在合成中,对包含H_4[SiO_4(W_3O_9)_4] (SiW_(12))和PEI修饰的CNTs(PEI-CNTs)溶液进行研磨直到溶液挥发变干。在NH_3气环境煅烧处理后,被锚定到碳纳米管上的小尺寸WN纳米粒子具有良好的分散性,在水热合成(没有“研磨”的)的情况下,得到的是尺寸大和分散性差的WN粒子,不同材料的表征结果我们可以看到“研磨”的过程的重要作用。以、VN/CNTs复合材料为载体,利用NaBH4还原法合成Pt-WN/CNTs-G-70("G"表示“研磨”处理,70是WN在WN/CNTs中所占的含量)型样品。作为甲醇氧化反应催化剂,其质量活性大约为817 mA mg~(-1)Pt,比商用Pt/C (340 mA mg~(-1)Pt), Pt/CNTs (162 mA mg~(-1)Pt)性能好。Pt-WN/CNTs-G还表现出好的CO耐久性和稳定性。相比较起来,没有进行研磨制备的Pt-WN/CNTs的活性只有344 mA mg~(-1)Pt,证明研磨处理在制备具有较好助催化效果的WN/CNTs扮演着关键的角色。以磷钼酸(H_3PO_4·_(12)MoO_3,PMo_(12))取代或者部分取代SiW_(12),合成了MoN/CNTs-G和[WN-MoN]/CNTs-G-70型两种复合材料,担载Pd及Pt后用于催化甲醇电氧化反应。我们发现Pd-MoN/CNTs-G型催化剂表现出较低的催化活性、稳定性和抗CO中毒性。而Pt-[WN-MoN]/CNTs-G-70与Pt-WN/CNTs-G-70型催化剂相比表现出更高的催化性能。
【关键词】：碳纳米管 小尺寸氮化物 燃料电池 阳极催化剂 甲醇电氧化
【学位授予单位】：东北林业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O643.36;TM911.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 文献综述8-19
• 1.1 碳材料8-11
• 1.1.1 碳纳米管8-10
• 1.1.2 石墨烯10-11
• 1.2 过渡金属碳化物/氮化物11-13
• 1.2.1 过渡金属碳化物11-12
• 1.2.2 过渡金属氮化物12-13
• 1.3 燃料电池13-18
• 1.3.1 燃料电池简介13-14
• 1.3.2 直接甲醇燃料电池14-18
• 1.4 选题意义与目的18-19
• 2 小尺寸氮化钨/CNTs复合物的制备及表征19-30
• 2.1 引言19-21
• 2.2 实验部分21-22
• 2.2.1 实验试剂21
• 2.2.2 实验仪器21
• 2.2.3 复合材料的合成21-22
• 2.3 结果和讨论22-29
• 2.3.1 SEM和TEM表征22-25
• 2.3.2 热重分析(TGA)25-26
• 2.3.3 红外及拉曼表征26-27
• 2.3.4 XRD表征27-28
• 2.3.5 XPS表征28-29
• 2.4 本章小结29-30
• 3 Pt-WN/CNTs复合物的制备及甲醇电氧化分析30-42
• 3.1 引言30-31
• 3.2 实验部分31-32
• 3.2.1 实验药品31
• 3.2.2 实验仪器31
• 3.2.3 NaBH_4还原法制备Pt基催化剂31-32
• 3.2.4 电化学测试32
• 3.3 结果与讨论32-41
• 3.3.1 SEM和TEM表征32-33
• 3.3.2 XRD表征33-34
• 3.3.3 XPS表征34-36
• 3.3.4 电化学测试36-41
• 3.4 本章小结41-42
• 4 复合氮化物的制备及电化学测试42-49
• 4.1 引言42-43
• 4.2 实验部分43-44
• 4.2.1 实验试剂及仪器43-44
• 4.2.2 复合催化剂的合成44
• 4.3 电化学测试结果与讨论44-48
• 4.3.1 Pd-MoN/CNTs-G型催化剂45-46
• 4.3.2 Pt-[WN-MoN]/CNTs-G-70型催化剂46-48
• 4.4 本章小结48-49
• 结论49-50
• 参考文献50-58
• 攻读学位期间发表的学术论文58-59
• 致谢59-60

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本文编号：434779