鉑基納米結構催化劑的制備及其電催化性能研究
發(fā)布時間：2022-01-07 20:38
質子交換膜燃料電池是一種高效的電化學能量轉化裝置,是構建可持續(xù)清潔新能能源系統(tǒng)關鍵組成部分。Pt是加速燃料電池核心反應速度包括氧還原反應（ORR）和甲醇氧化反應（MOR）,滿足功率輸出的關鍵催化材料。然而由于Pt價格高昂所導致的燃料電池總成本過高的問題一直存在,限制了燃料電池大規(guī)模的應用。因此,設計高效的電催化劑以最大限度地提高Pt的利用率,從而降低Pt的載量,成為燃料電池未來發(fā)展的一個重要方向。為此,本項目通過引入過渡金屬與Pt形成二元或多元合金來減少Pt的用量,通過表面活性劑或者誘導劑調控出具有特殊形貌、組成和尺寸大小的納米結構催化劑,進而提高催化劑的活性。具體研究結果如下:（1）分層骨架Pt-Ni納米晶的制備及其電催化性能研究:以H2Pt Cl6·6H2O與Ni（CH3COO）2·4H2O作為前驅體,OAM（油胺）作為還原劑和溶劑,在CTAC（十六烷基三甲基氯化銨）以及H2SO4的作用下,通過一鍋溶劑熱法和...
【文章來源】：廣西大學廣西壯族自治區(qū) 211工程院校
【文章頁數(shù)】：96 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
單體電池結構
廣西大學碩士學位論文鉑基納米結構催化劑的制備及其電催化性能研究4碳紙或碳布，它能夠支撐催化層，收集電流，是引導燃料進入電池結構內部的氣體通道和產物水的排出通道。質子交換膜通常使用的是美國杜邦公司生產的全氟磺酸膜，只能通過質子，起到隔離陰極和陽極的作用，在膜的兩側分別為陽極催化層和陰極催化層，催化層可以降低反應物的活化能，控制著電池內部化學能轉化為電能的效率，是燃料電池的核心部分。PEMFC能夠在30-120℃下正常工作、能量轉換率高、無污染，是一種理想的替代能源。根據陽極反應中燃料的不同，質子交換膜燃料電池可以被分為氫氧燃料電池和直接甲醇燃料電池。1.3.1氫氧燃料電池圖1-2氫燃料質子交換膜燃料電池工作原理Fig.1-2Theworkingprincipleofhydrogenfuelprotonexchangemembranefuelcell.氫氧燃料電池（氫燃料質子交換膜燃料電池）是以氫氣或者重整氫氣作為燃料，氧氣或空氣作為氧化劑的電池裝置，在燃料電池內部氫氣的化學能直接轉化為電能[10-12]。氫燃料的使用不僅能提供高效能源同時還能降低二氧化碳的排放，對環(huán)境保護很重要。而且氫氣的來源廣泛，它可以從天然氣、煤、碳氫化合物、生物質甚至是城市垃圾中通過重整等技術以及分解水來產生，是一種可持續(xù)發(fā)展的燃料[5]。因此世界各國對氫燃料電池的發(fā)展越來越重視。隨著快速的發(fā)展，一些問題也相繼顯現(xiàn)出來，如所用的電催化劑Pt的價格昂貴、催化活性和穩(wěn)定性不高、氫氣的儲存不安全等，大大阻礙了它的商業(yè)化進程。但是氫燃料電池帶來的紅利依然吸引著各國學者對它的研究。隨著儲氫技術的
廣西大學碩士學位論文鉑基納米結構催化劑的制備及其電催化性能研究6反應后生成的水與反應尾氣一起從陰極流場排出�？偡磻匠淌剑篊H3OH+3/2O2→CO2+2H2O(1-6)圖1-3直接甲醇燃料電池工作原理。Fig.1-3Theworkingprincipleofdirectmethanolfuelcell.盡管DMFC設計簡單、燃料可以直接利用、添加方便，理論能量高等優(yōu)點，但是實際工作中，依然存在一些問題有待解決[13–15]：1、催化劑多使用貴金屬鉑，成本太高。2、甲醇在陽極氧化過程中會生成CO等中間產物，造成電催化劑中毒現(xiàn)象，影響DMFC正常工作。3、質子交換膜普遍使用的是Nafion膜，它除了質子可以自由出入外，甲醇分子也可以通過向陰極滲透，不但降低甲醇的利用率，還會影響陰極氧還原反應，進而降低DMFC的效能。針對以上問題，科研人員研究的主要方向：降低電催化劑的成本以及提高催化劑的活性來提升DMFC的實際應用效率。1.4電催化劑的研究進展燃料電池作為未來能源市場最有發(fā)展?jié)摿Φ哪芰哭D換器，一直成為各國科學家研究的主要課題，在燃料電池工作過程中，電催化劑起著一個重要的作用[16–18]。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]鉑鐵合金納米片構筑三維支化結構的界面調控及其氧還原催化性能（英文）[J]. 駱明川,秦英楠,李蒙剛,孫英俊,李春姬,李英杰,楊勇,呂帆,吳冬,周鵬,郭少軍. Science Bulletin. 2020(02)
[2]甲醇能源的發(fā)展與應用現(xiàn)狀[J]. 白秀娟,劉春梅,蘭維娟,范晨陽,吳鳳英. 能源與節(jié)能. 2020(01)
[3]高效氧氣還原催化劑Pt3Co/C的水相法新合成（英文）[J]. 黃金晶,丁辰,楊勇強,劉崗,蔡文斌. Chinese Journal of Catalysis. 2019(12)
[4]直接乙醇燃料電池陰極催化劑的開發(fā)及其性能研究[J]. 顧興佳,柴弘偉,馮婷,付曉宇,仵菲,黃如玉,王芳. 塔里木大學學報. 2019(03)
[5]磷摻雜的介孔碳材料作為高效氧還原電催化劑（英文）[J]. 趙揮,胡忠攀,朱運培,葛麗,袁忠勇. Chinese Journal of Catalysis. 2019(09)
[6]對多壁碳納米管的結構和組成進行精細調控提高其電催化氧還原反應制H2O2的催化活性（英文）[J]. 王毅,易秘,王昆,宋樹芹. 催化學報. 2019(04)
本文編號：3575230
【文章來源】：廣西大學廣西壯族自治區(qū) 211工程院校
【文章頁數(shù)】：96 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
單體電池結構
廣西大學碩士學位論文鉑基納米結構催化劑的制備及其電催化性能研究4碳紙或碳布，它能夠支撐催化層，收集電流，是引導燃料進入電池結構內部的氣體通道和產物水的排出通道。質子交換膜通常使用的是美國杜邦公司生產的全氟磺酸膜，只能通過質子，起到隔離陰極和陽極的作用，在膜的兩側分別為陽極催化層和陰極催化層，催化層可以降低反應物的活化能，控制著電池內部化學能轉化為電能的效率，是燃料電池的核心部分。PEMFC能夠在30-120℃下正常工作、能量轉換率高、無污染，是一種理想的替代能源。根據陽極反應中燃料的不同，質子交換膜燃料電池可以被分為氫氧燃料電池和直接甲醇燃料電池。1.3.1氫氧燃料電池圖1-2氫燃料質子交換膜燃料電池工作原理Fig.1-2Theworkingprincipleofhydrogenfuelprotonexchangemembranefuelcell.氫氧燃料電池（氫燃料質子交換膜燃料電池）是以氫氣或者重整氫氣作為燃料，氧氣或空氣作為氧化劑的電池裝置，在燃料電池內部氫氣的化學能直接轉化為電能[10-12]。氫燃料的使用不僅能提供高效能源同時還能降低二氧化碳的排放，對環(huán)境保護很重要。而且氫氣的來源廣泛，它可以從天然氣、煤、碳氫化合物、生物質甚至是城市垃圾中通過重整等技術以及分解水來產生，是一種可持續(xù)發(fā)展的燃料[5]。因此世界各國對氫燃料電池的發(fā)展越來越重視。隨著快速的發(fā)展，一些問題也相繼顯現(xiàn)出來，如所用的電催化劑Pt的價格昂貴、催化活性和穩(wěn)定性不高、氫氣的儲存不安全等，大大阻礙了它的商業(yè)化進程。但是氫燃料電池帶來的紅利依然吸引著各國學者對它的研究。隨著儲氫技術的
廣西大學碩士學位論文鉑基納米結構催化劑的制備及其電催化性能研究6反應后生成的水與反應尾氣一起從陰極流場排出�？偡磻匠淌剑篊H3OH+3/2O2→CO2+2H2O(1-6)圖1-3直接甲醇燃料電池工作原理。Fig.1-3Theworkingprincipleofdirectmethanolfuelcell.盡管DMFC設計簡單、燃料可以直接利用、添加方便，理論能量高等優(yōu)點，但是實際工作中，依然存在一些問題有待解決[13–15]：1、催化劑多使用貴金屬鉑，成本太高。2、甲醇在陽極氧化過程中會生成CO等中間產物，造成電催化劑中毒現(xiàn)象，影響DMFC正常工作。3、質子交換膜普遍使用的是Nafion膜，它除了質子可以自由出入外，甲醇分子也可以通過向陰極滲透，不但降低甲醇的利用率，還會影響陰極氧還原反應，進而降低DMFC的效能。針對以上問題，科研人員研究的主要方向：降低電催化劑的成本以及提高催化劑的活性來提升DMFC的實際應用效率。1.4電催化劑的研究進展燃料電池作為未來能源市場最有發(fā)展?jié)摿Φ哪芰哭D換器，一直成為各國科學家研究的主要課題，在燃料電池工作過程中，電催化劑起著一個重要的作用[16–18]。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]鉑鐵合金納米片構筑三維支化結構的界面調控及其氧還原催化性能（英文）[J]. 駱明川,秦英楠,李蒙剛,孫英俊,李春姬,李英杰,楊勇,呂帆,吳冬,周鵬,郭少軍. Science Bulletin. 2020(02)
[2]甲醇能源的發(fā)展與應用現(xiàn)狀[J]. 白秀娟,劉春梅,蘭維娟,范晨陽,吳鳳英. 能源與節(jié)能. 2020(01)
[3]高效氧氣還原催化劑Pt3Co/C的水相法新合成（英文）[J]. 黃金晶,丁辰,楊勇強,劉崗,蔡文斌. Chinese Journal of Catalysis. 2019(12)
[4]直接乙醇燃料電池陰極催化劑的開發(fā)及其性能研究[J]. 顧興佳,柴弘偉,馮婷,付曉宇,仵菲,黃如玉,王芳. 塔里木大學學報. 2019(03)
[5]磷摻雜的介孔碳材料作為高效氧還原電催化劑（英文）[J]. 趙揮,胡忠攀,朱運培,葛麗,袁忠勇. Chinese Journal of Catalysis. 2019(09)
[6]對多壁碳納米管的結構和組成進行精細調控提高其電催化氧還原反應制H2O2的催化活性（英文）[J]. 王毅,易秘,王昆,宋樹芹. 催化學報. 2019(04)
本文編號：3575230
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