發(fā)布時間：2020-06-18 03:59

【摘要】：近些年來,能源危機和環(huán)境污染兩大問題已經引起了全世界的關注,尋找替代化石燃料的新型燃料迫在眉睫。燃料電池作為一種對環(huán)境污染較低的能量轉換裝置,其發(fā)展對解決這類環(huán)境問題具有重要的意義。就直接醇類燃料電池的研究發(fā)展狀況而言,還不能全面大規(guī)模的實現商業(yè)化,擺在我們面前最大的問題是高效催化劑的開發(fā)。目前,已經商業(yè)化的催化劑材料多數為鉑基材料,但該類型材料又面臨著價格不菲,催化劑利用率不高,抗CO中毒能力低下等問題。所以本文從制備合成高效催化劑的角度入手研究,以五氧化二鈮作為基底材料,通過稀土離子摻雜、金屬納米粒子負載和多相復合的手段合成了一系列催化劑,以此來提其電催化活性。本文研究內容可以總結為以下幾個方面:1.采用煅燒的方法制備了球形Nb_2O_5,然后進一步通過水熱合成的方法摻雜稀土離子,制備了不同濃度的R-Nb_2O_5(R=La、Eu、Tb、Ce)催化劑。通過XRD、SEM、XPS等測試手段對催化劑的組成及形貌進行了測試。利用循環(huán)伏安法對催化劑的電催化活性進一步做了測試,結果對不同小分子醇類(甲醇、乙醇)都有很好電催化氧化效果,表明稀土離子的摻雜對催化劑活性有了很明顯的提高。2.對Nb_2O_5的形貌進行了調控,利用水熱法成功制備出了Nb_2O_5納米棒,通過回流的方法負載了金屬Pd納米粒子,最后將制得的Pd/Nb_2O_5與rGO進行了復合,制備了Pd/Nb_2O_5-rGO催化劑。通過XRD、SEM、TEM、XPS、CV等手段對催化劑的晶相、形貌進行了表征和測試,結果表明Pd納米粒子的負載和rGO的復合使得Nb_2O_5的電催化活性有了較大的提升,甲醇催化氧化性能也優(yōu)于10%的商業(yè)Pt/C。3.通過煅燒法制備了氮摻雜碳納米管包裹的碳化鐵物質Fe_3C@NCNTs,然后利用草酸鈮和Fe_3C@NCNTs混合煅燒制備了Nb_2O_5-Fe_3C@NCNTs材料,最后利用NaBH_4還原的方法制備了Pd/Nb_2O_5-Fe_3C@NCNTs催化劑。測試結果表明,該催化劑在堿性環(huán)境下,對醇類有著較好的電催化活性,并且催化性能很大程度的優(yōu)于10%的商業(yè)Pt/C,對于開發(fā)有高的電催化活性的催化劑有重大的研究意義。
【學位授予單位】：內蒙古大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：O643.36;TM911.4
【圖文】：

圖 1.1 Upp fuel cell 移動電源。Fig. 1.1 Portable source of Upp fuel cell.在過去的幾十年中，直接醇類燃料電池（DAFC）作為很有前途的能量轉換裝置被廣究[11]。常見的直接醇類燃料電池有直接甲醇燃料電池（DMFC）和直接乙醇燃料電DEFC）。直接甲醇燃料電池（DMFC）與氫質子交換膜燃料電池（PEMFCs）相比，以可液體甲醇作為燃料的 DMFC 具有獨特的優(yōu)勢，因為甲醇具有高能量密度，還可以安全儲2-13]。此外，DMFC 具有快速的陽極反應速率，因為甲醇氧化不用破壞 C-C 鍵。當前基本主要是解決甲醇氧化反應（MOR）和氧還原反應（ORR）兩者的緩慢動力學速率[14]。對乙醇燃料電池（DEFC）而言，乙醇燃料相比氫氣具有多種優(yōu)勢，包括各種乙醇生產來源廣便儲存和運輸和高能量密度。然而，乙醇氧化反應（EOR）的緩慢動力學，以及需要斷-C 鍵以完成乙醇氧化成 CO2，這目前是 DEFCs 發(fā)展中的主要挑戰(zhàn)[15-17]。.2.2 直接醇類燃料電池的工作原理燃料電池就是將儲存于各種燃料中的化學能轉換為電能的能量轉換裝置，工作原理如

工作原理如圖1.2 所示。直接醇類燃料電池是燃料電池的一種，只是在燃料的選擇時選擇醇類作燃料，其工作原理都是一樣的。下面我們以 DMFC 為例，介紹一下其原理：DMFC 使用水溶液和蒸汽甲醇來提供燃料來源，甲醇在陽極轉換成為二氧化碳，質子和電子，然后質子透過質子交換膜在陰極與氧反應，電子是通過外電路到達陰極，并做功。

【參考文獻】

相關期刊論文 前3條

1 饒路;姜艷霞;張斌偉;游樂星;李嶄虹;孫世剛;;乙醇電催化氧化[J];化學進展;2014年05期

2 黨岱;高海麗;彭良進;蘇允蘭;廖世軍;王曄;;高性能核殼結構催化劑PdRu@Pt/CNT的制備[J];物理化學學報;2011年10期

3 趙彥宏;王文巖;賈慶月;高有;王曉晶;蘇毅國;;鑭摻雜五氧化二鉭膜電極的電化學性能(英文)[J];內蒙古大學學報(自然科學版);2010年03期

本文編號：2718658