铂基直接甲醇燃料电池阳极催化剂的制备、表征及电催化性能研究

直接甲醇燃料电池论文 铂论文 钯论文 碳纳米管论文 石墨烯论文
论文详情
直接甲醇燃料电池(DMFC)由于具有能量转换率高、低碳排放、便于携带和储运等优点被认为是便携式和固定式能源中具有发展前景的绿色技术。铂(Pt)因能最高效的促进甲醇的氧化而成为DMFC中最常见的阳极催化剂。然而,由于Pt价格昂贵且易CO中毒,因此阻碍了它的商业化发展。除此之外,在长期工作中,由于Pt的迁移和聚集导致了甲醇电化学氧化催化效率的下降。所以,在构建直接甲醇燃料电池中,应考虑Pt基催化剂的经济性和有效性。为此,需要最大化Pt基催化剂的催化活性。本论文主要通过改变Pt基催化剂纳米结构尺寸或形貌,添加第二组分或催化剂载体的选择三方面来提高直接甲醇燃料电池Pt催化剂的电催化活性,主要工作包括以下方面:(1)采用超声辅助法和乙二醇还原法合成了磷钼酸(PMo)/铂钯(PtPd)/多壁碳纳米管(MWCNT)催化剂。大量的PtPd纳米粒子均匀地负载在PMo修饰的MWCNT上,通过调节PtPd纳米粒子的组成,可控制PtPd纳米粒子的尺寸。当Pt/Pd=4时,可获得最小尺寸的PtPd纳米粒子,平均直径为1.9nm。在甲醇的电化学氧化中,制备出的PMo/Pt4Pd1/MWCNT催化剂显示了最大的电化学活性面积和最高的电流密度。为了进行比较,在无PMo修饰的MWCNT表面上制取了PtPd纳米粒子,它们的平均粒径在7.2nm左右,且粒子分散不均一,发生团聚。通过CO溶出伏安法,将PMo/Pt4Pd1/MWCNT和Pt4Pd1/MWCNT催化剂进行了比较,结果表明,PMo有利于氧化去除吸附在Pt活性位点上的CO。实验还同时探究了Pd组分的加入对Pt催化剂抗CO中毒的影响。在甲醇氧化过程中,与PMo/Pt/MWCNT催化剂相比,Pd能极大地提高甲醇与CO氧化的电流比。这表明Pd能够增强催化剂抗CO毒性作用,这可能来源于Pd对C-H键的断裂有很高的活性。(2)以Te纳米线为模板,通过置换反应,提出了合成负载在还原石墨烯(RGO)上的PtIr或Pt纳米线(PtIr PNWs/RGO或Pt PNWs/RGO)的新方法。对该催化剂我们进行了透射电镜分析(TEM)、能量色射X射线光谱分析(EDX)以及电化学测试。TEM显示这些Pt基催化剂均匀地分散在石墨烯上,呈一维纳米多孔结构。电化学测试表明:与没有石墨烯支持的PtIr或Pt纳米线相比,一维纳米多孔PtIrPNWs/RGO(或PtPNWs/RGO)催化剂显示了更大的电活性面积和更好的甲醇氧化催化活性;Ir的引入提高了Pt催化剂的电化学稳定性和抗毒化能力。(3)在Pt的基础上添加了第二组分Ir,制备了一维铂铱纳米线(PtIr NWs)。制取PtIrNWs的方法是:以铱纳米线(Ir NWs)为种子引发Pt粒子的生长,Pt粒子是在抗坏血酸(AA)溶液中还原K2PtCl4得到的。而Ir NWs的合成又是以碲纳米线(Te NWs)为还原剂和牺牲模板制得的。为了进行比较,实验还同时制备了铂纳米线(Pt NWs)。通过TEM、XPS对样品的形貌和组成进行了表征,同时,采用循环伏安法,计时电流法探讨和比较了Pt催化剂对甲醇的电催化活性,实验结果表明PtIr NWs比PtNWs有着更优越的甲醇催化活性.
摘要第3-5页
ABSTRACT第5-7页
第一章 绪论第11-25页
    1.1 直接甲醇燃料电池(DMFC)第11-13页
        1.1.1 DMFC研究的原因第11页
        1.1.2 DMFC的基本结构与工作原理第11-12页
        1.1.3 DMFC存在的主要技术问题第12-13页
    1.2 铂基DMFC阳极催化剂的催化机理第13-16页
        1.2.1 铂基DMFC阳极催化剂的一般催化机理第13-15页
        1.2.2 铂基DMFC阳极催化剂的CO中毒机理第15-16页
    1.3 铂基DMFC阳极催化剂的研究第16-19页
        1.3.1 铂基DMFC阳极催化剂的种类第16-18页
        1.3.2 铂基DMFC阳极催化剂的制备方法第18页
        1.3.3 影响铂基DMFC阳极催化剂性能的因素第18-19页
    1.4 铂基DMFC阳极催化剂载体第19-23页
        1.4.1 碳黑第20页
        1.4.2 碳纳米管(CNTs)第20-21页
        1.4.3 石墨烯(Grahpene,G)第21-23页
    1.5 论文选题背景和主要研究内容第23-25页
第二章 铂钯纳米粒子/功能化碳纳米管复合材料的制备、表征及电催化性能研究第25-43页
    2.1 引言第25-26页
    2.2 实验部分第26-28页
        2.2.1 化学试剂第26页
        2.2.2 PMo/MWCNT混合物的制备第26-27页
        2.2.3 PMo/PtPd/MWCNT催化剂的制备第27页
        2.2.4 表征仪器第27页
        2.2.5 电化学测试第27-28页
    2.3 结果与讨论第28-41页
        2.3.1 PMo/MWCNT混合物的表征第28-30页
        2.3.2 PMo/PtPd/MWCNT混合物的表征第30-34页
        2.3.3 PMo/PtPd/MWCNT催化剂的电化学测试第34-41页
    2.4 本章小结第41-43页
第三章 铂铱多孔纳米线/石墨烯复合材料的制备、表征及电催化性能研究第43-59页
    3.1 引言第43-44页
    3.2 实验部分第44-46页
        3.2.0 化学试剂第44页
        3.2.1 氧化石墨烯(GO)的制备第44-45页
        3.2.2 PEI修饰的还原氧化石墨烯(RGO)(PEI-g-RGO)的制备第45页
        3.2.3 碲(Te)纳米线(Te NWs)的制备第45页
        3.2.4 Te NWs/RGO的制备第45页
        3.2.5 PtIr PNWs/RGO和Pt PNWs/RGO催化剂的制备第45-46页
        3.2.6 表征仪器第46页
        3.2.7 电化学测试第46页
    3.3 结果与讨论第46-58页
        3.3.1 PEI-g-RGO的表征第46-48页
        3.3.2 Te NWs/RGO的表征第48-50页
        3.3.3 PtIr PNWs/RGO和Pt PNWs/RGO催化剂的表征第50-54页
        3.3.4 一维铂基纳米催化剂的电化学测试第54-58页
    3.4 本章小结第58-59页
第四章 铂铱纳米线复合材料的制备、表征及电催化性能研究第59-69页
    4.1 前言第59-60页
    4.2 实验部分第60-61页
        4.2.1 化学试剂第60页
        4.2.2 Te NWs的制备第60页
        4.2.3 Pt NWs和PtIr NWs催化剂的制备第60页
        4.2.4 表征仪器第60-61页
        4.2.5 电化学测试第61页
    4.3 结果与讨论第61-68页
        4.3.1 Pt NWs与PtIr NWs催化剂的表征第61-66页
        4.3.2 Pt NWs与PtIr NWs催化剂的电化学测试第66-68页
    4.4 本章小结第68-69页
结论与展望第69-70页
参考文献第70-81页
致谢第81-82页
攻读硕士学位期间发表的学术论文第82-83页
论文购买
论文编号ABS2786442,这篇论文共83页
会员购买按0.30元/页下载,共需支付24.9
不是会员,注册会员
会员更优惠充值送钱
直接购买按0.5元/页下载,共需要支付41.5
只需这篇论文,无需注册!
直接网上支付,方便快捷!
相关论文

点击收藏 | 在线购卡 | 站内搜索 | 网站地图
版权所有 艾博士论文 Copyright(C) All Rights Reserved
版权申明:本文摘要目录由会员***投稿,艾博士论文编辑,如作者需要删除论文目录请通过QQ告知我们,承诺24小时内删除。
联系方式: QQ:277865656