發(fā)布時間：2020-12-23 23:21

　　質子交換膜燃料電池（PEMFCs）中氧還原反應（ORR）是O₂在陰極催化劑表面直接得電子生成H₂O的高效能量轉化過程。目前,ORR所用Pt催化劑因其價格昂貴、含量稀少等特點,成為制約PEMFCs大規(guī)模商業(yè)化應用的主要因素。將過渡金屬氧化物與貴金屬Au、Pd等復合形成納米復合催化劑,在節(jié)約成本的同時可以有效提升電催化活性。其中Cu基材料由于價格低廉、含量豐富、容易向O₂提供電子等優(yōu)點,在電催化中的應用越來越受到重視�；诖�,本論文可控構筑微量Au修飾的Cu_2-xM/CNTs（M=O,S）納米復合材料,重點考察Au引入量、Cu₂O形貌、Cu空位缺陷對ORR催化性能的影響并揭示催化劑的構效關系、協同作用和電催化性能。本論文具體研究內容如下:1、制備Au含量不同的Au-Cu₂O/CNTs納米復合催化劑。探索Au和Cu₂O之間協同作用對催化性能的影響。研究表明,經過微量Au修飾的Au-Cu₂O/CNTs納米復合催化劑由于A... 

【文章來源】：內蒙古大學內蒙古自治區(qū) 211工程院校

【文章頁數】：86 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

質子交換膜燃料電池的組成

內蒙古大學碩士學位論文極為氫燃料發(fā)生氧化的場所，氫燃料主要來源于氫氣或者凈化重整氣，因此對于陽極催化劑來說除了要求具有較高的活性和氧化性外，還應具有抗 CO 中毒能力。陰極為氧還原的場所，氧化劑來源于空氣中的氧氣或者純氧[14]。PEMFCs 的具體工作過程如下：在陽極，H2經過陽極集流板由陽極氣體擴散層到達陽極催化劑層，在催化劑的作用下，H2分解為氫離子并釋放出帶負電的電子，完成陽極反應。陽極反應生成的氫離子透過質子交換膜到達陰極催化劑層，電子通過外電路到達陰極，形成電流。在陰極，O2通過陰極集流板由陰極氣體擴散層到達陰極催化劑層，在催化劑作用下，O2分子與透過質子交換膜的氫離子以及外電路的電子發(fā)生反應生成水，完成陰極反應。由于質子交換膜具有選擇透過性，只能允許質子透過，而電子只能通過外電路從陽極移動到陰極，從而在陰極發(fā)生氧氣的還原反應。電極的反應為[15, 16]：陽極：H2→2H++2e-(1-1)陰極： O2+2H++2e-→H2O (1-2)總反應式：H2+ O2→H2O (1-3)

內蒙古大學碩士學位論文中間體，然后形成的 O*中間體再進一步被還原為 OH*和 H2O。第二種途徑稱為締合途徑，在這一途徑中 O2*首先形成 OOH*，而后 O-O 鍵斷裂分別形成 O*和 OH*兩個中間體，最后形成 H2O。第三個途徑稱為過氧途徑(或者二次締合途徑)，在 O-O 鍵斷裂前，O2*依次被還原為 OOH*和 HOOH*活性中間體，再經過斷鍵形成 OH*，最后形成 H2O。因此，金屬與中間物種的結合能(如 O*、OOH*、OH*)是研究 ORR 動力學的關鍵。氧物種與催化劑表面的結合能決定催化劑活性。催化劑應與氧物種有適度的結合能，如果電極表面對氧物種的吸附太弱，則電子轉移到吸附氧表面就會受到限制。然而，對氧物種的吸附過強會導致生成的 H2O 解析困難，而阻礙活性位點進一步吸附 O2。2004 年 N rskov等[16]研究了不同金屬催化劑的氧還原活性與 O*和 OH*結合能之間的關系，如圖 1.3 所示。由火山圖可以得出，Pt、Pd 對 ORR 的電催化活性比地球上含量豐富的非貴金屬(如 Fe、Co、Ni)性能更優(yōu)，它們仍然是 ORR 最具潛力的催化劑。同時，構筑復合材料可以提高 ORR 電催化活性，具有較大提升空間，這為設計經濟高效的 ORR 催化劑提供了依據。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]全Pd催化劑質子交換膜燃料電池[J]. 胡清平,潘婧,莊林,陸君濤.  高等學校化學學報. 2013(01)
[2]三元合金氧還原電催化劑(英文)[J]. 羅瑾,楊樂夫,陳秉輝,鐘傳建.  電化學. 2012(06)



本文編號：2934522