负载型铂基纳米电极的制备及电催化性能研究

发布时间：2017-08-11 09:00

  本文关键词：负载型铂基纳米电极的制备及电催化性能研究

  更多相关文章： Pt Ru TiO_2纳米管阵列 甲醇氧化 抗CO中毒性能

【摘要】：直接甲醇燃料电池(DMFC)由于其高能量密度、低运行温度、无污染等优点,已引起人们的广泛关注。Pt或Pt基合金具有更优异的甲醇催化性能,常常被首选为DMFC阳极的催化剂,但Pt催化剂价格昂贵和易CO中毒的缺点严重抑制了DMFC的大规模应用和工业化发展。因此,研究制备高活性铂基纳米电极、减少贵金属的用量同时有效抑制催化剂中毒具有重要的意义。本文以阳极氧化制备的TiO_2纳米管阵列(TNTs)为载体,通过脉冲电沉积制备了高催化性能的Pt/TNTs复合电极、Pt/RuO_2/TNTs复合电极和PtRu/TNTs复合电极,借助XRD、FESEM、EDS、XPS和循环伏安等表征手段,研究了电解液组成和电沉积参数对电极微观形貌、成分、物相以及电催化性能和抗CO中毒性能的影响。主要研究结果如下:第三章以TNTs为载体,采用脉冲电流沉积制备了高活性的纳米颗粒Pt/TNTs复合电极,考察了TNTs掺杂处理、脉冲沉积时间等对电极催化性能的影响。通过还原掺杂处理,TNTs表面的部分Ti~(4+)被还原成Ti~(3+),改善了TNTs的导电性,在电沉积过程中促使生成细小、均匀的Pt纳米颗粒,使电极的甲醇氧化催化性能显著提高。动力学分析结果表明,Pt/还原掺杂TNTs复合电极的传递系数αn值为0.198,与Pt/未还原掺杂TNTs电极相比大大提高。电沉积240 min制备的复合电极催化活性相对较高,甲醇氧化峰电流达到76.6 mA/cm~2,电极的甲醇催化性能提升了60%。第四章以TNTs为载体,通过涂覆RuO_2、电沉积Pt纳米颗粒制备了Pt/RuO_2/TNTs复合电极,详细研究了RuO_2中间层对电极催化活性及抗中毒性能的影响。通过电化学阻抗测试发现,中间层RuO_2的存在使电荷转移电阻Rct和电感L降低到28.3Ω?cm~2和82.6 H?cm~2,这说明中间层RuO_2不仅促使电极的甲醇氧化催化活性提升,且有利于抑制Pt中毒现象。RuO_2涂覆5次时,电沉积1500s制备的电极在0.5 mol/L CH_3OH、1 mol/L H_2SO_4溶液中甲醇催化峰电流可达到105 mA/cm~2,RuO_2涂覆13次后的电极经过500圈后甲醇催化性能保持在原来的96.7%,在低电位(0.4VSCE)就出现了CO氧化电流,表现出优秀的稳定性和抗CO中毒性能。第五章以TNTs为载体,通过电化学共沉积制备得到具有纳米颗粒PtRu/TNTs复合电极,研究了电解液中PtRu摩尔浓度比、脉冲电位和占空比等因素对电极催化性能及抗中毒性能的影响。优化工艺条件为:电解液中PtRu摩尔比为5:1,脉冲沉积电位V_1=-0.6 V,沉积时间T_1=0.1 s,反向溶解电位V_2=-0.1V,溶解时间T_2=0.9 s,占空比D=0.1。在该条件下制备的PtRu/TNTs电极表面PtRu原子比为2:1,其甲醇氧化催化活性及抗CO中毒性能均优于其它共沉积条件下制备的电极,甲醇氧化峰电流达到33.9 mA/cm~2。
【关键词】：Pt Ru TiO_2纳米管阵列 甲醇氧化 抗CO中毒性能
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM911.4
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-22
• 1.1 引言10
• 1.2 直接甲醇燃料电池概述10-14
• 1.2.1 燃料电池发展简史10-12
• 1.2.2 燃料电池的分类及特点12-13
• 1.2.3 直接甲醇燃料电池13-14
• 1.3 DMFC阳极催化剂发展情况14-18
• 1.3.1 一元催化剂14-15
• 1.3.2 二元催化剂15-17
• 1.3.3 多元催化剂17
• 1.3.4 非贵金属催化剂17-18
• 1.4 DMFC阳极催化剂载体的选择18-21
• 1.4.1 碳类载体材料18-19
• 1.4.2 钛类载体材料19-20
• 1.4.3 其他材料20-21
• 1.5 选题依据和主要研究内容21-22
• 第二章 实验内容与测试方法22-26
• 2.1 化学试剂和仪器22-23
• 2.1.1 化学试剂22-23
• 2.1.2 实验仪器23
• 2.2 实验流程23-24
• 2.2.1 试样前处理24
• 2.2.2 TiO_2纳米管阵列的制备24
• 2.2.3 电极的制备24
• 2.3 材料测试与表征24-25
• 2.3.1 物相分析（XRD）24
• 2.3.2 扫描电子显微镜（SEM、EDS）24
• 2.3.3 透射电子显微镜（XPS）24-25
• 2.4 电化学测试25-26
• 2.4.1 循环伏安测试25
• 2.4.2 电化学阻抗测试25
• 2.4.3 CO溶出伏安测试25-26
• 第三章 Pt/TNTs复合电极的制备及对甲醇氧化催化性能研究26-38
• 3.1 前言26
• 3.2 实验方法26-27
• 3.2.1 TNTs载体的制备26
• 3.2.2 Pt/TNTs复合电极的制备26-27
• 3.3 结果与讨论27-37
• 3.3.1 TNTs还原掺杂处理27-30
• 3.3.2 形貌表征30-33
• 3.3.3 电化学测试33-35
• 3.3.4 动力学研究35-37
• 3.4 本章小结37-38
• 第四章 Pt/RuO_2/TNTs复合电极的制备及其性能研究38-49
• 4.1 引言38
• 4.2 实验方法38-39
• 4.2.1 TNTs载体的制备38
• 4.2.2 RuO_2/TNTs载体制备38-39
• 4.2.3 Pt/RuO_2/TNTs复合电极的制备39
• 4.3 形貌物相分析39-48
• 4.3.2 催化性能测试40-43
• 4.3.3 电化学阻抗测试43-46
• 4.3.4 CO溶出实验测试46-48
• 4.4 本章小结48-49
• 第五章 PtRu/TNTs复合电极的制备及其性能研究49-58
• 5.1 引言49
• 5.2 实验方法49-50
• 5.2.1 TNTs载体的制备49
• 5.2.2 PtRu/TNTs复合电极的制备49-50
• 5.3 结果与讨论50-57
• 5.3.1 形貌物相分析50-52
• 5.3.2 沉积电位及占空比对电极催化性能的影响52-53
• 5.3.3 电解液配比对电极催化性能的影响53-57
• 5.4 本章小结57-58
• 第六章 总结与展望58-60
• 6.1 总结58-59
• 6.2 展望59-60
• 参考文献60-69
• 致谢69-70
• 硕士期间发表的论文70

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7 王sヶ，

本文编号：655219