發(fā)布時(shí)間：2020-08-01 18:27

【摘要】：直接甲醇燃料電池是一種能夠?qū)⒒瘜W(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的能源裝置,是質(zhì)子交換膜燃料電池的一種變種。直接甲醇催化燃料電池直接使用甲醇水溶液或者蒸汽甲醇為燃料提供來(lái)源,無(wú)需對(duì)甲醇進(jìn)行預(yù)先重整,因此能量轉(zhuǎn)化率較高。直接甲醇燃料電池具有低溫快速啟動(dòng),燃料潔凈環(huán)保,電池結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn),這使得它可能成為移動(dòng)電源和便攜式電源的理想選擇之一,也是近年來(lái)的熱門(mén)研究課題。直接甲醇燃料電池主要發(fā)生的反應(yīng)是甲醇在催化劑作用下的電催化氧化過(guò)程,實(shí)驗(yàn)研究表明,貴金屬鉑(Pt)具有較高的甲醇催化氧化活性和較強(qiáng)的耐腐蝕性,而Pt在催化過(guò)程中會(huì)因產(chǎn)生CO而中毒導(dǎo)致催化活性大大降低。采用以Pt為基礎(chǔ)的合金或者以Pt為活性組分的多組員催化劑能夠有效提高甲醇電催化氧化活性和抗CO中毒性能。泡沫鎳作為一種多孔金屬,具有三維全貫通網(wǎng)孔結(jié)構(gòu),有著穩(wěn)定性好,高孔隙率,抗熱沖擊,體密度小與比表面積大等明顯優(yōu)點(diǎn),因此在作為催化劑基底時(shí)有很大的應(yīng)用潛力。在泡沫鎳上沉積貴金屬Pt時(shí),鎳能夠減輕Pt在甲醇催化時(shí)的催化劑中毒。本文以泡沫鎳為生長(zhǎng)材料的基體,采用電化學(xué)沉積的方法在泡沫鎳上直接生長(zhǎng)Pt基納米結(jié)構(gòu),如Pt、Pt-Co等金屬,并對(duì)這些材料的甲醇催化性能進(jìn)行了研究,還進(jìn)一步通過(guò)先在泡沫鎳表面沉積CoNi,再將樣品浸泡在H_2PtCl_6溶液中進(jìn)行置換反應(yīng),最后得到CoNi/Pt納米結(jié)構(gòu),并測(cè)試了其對(duì)甲醇的電催化氧化性能。具體研究?jī)?nèi)容如下:1.在H_2PtCl_6溶液中以泡沫鎳為基體,分別以不同電壓(0.6V、0.8V、1.3V)進(jìn)行恒電壓沉積,發(fā)現(xiàn)不同沉積電壓導(dǎo)致Pt在泡沫鎳表面的覆蓋率不同,使得制備的樣品對(duì)甲醇催化性能不同。2.在H_2PtCl_6、CoCl_2、CoSO_4溶液中以泡沫鎳網(wǎng)為基底,分別以不同電壓(0.6V、0.8V、1.3V)進(jìn)行恒電壓沉積,發(fā)現(xiàn)Pt-Co合金能夠進(jìn)一步提高催化劑抗CO中毒的性能,抗CO中毒性能與Co含量相關(guān)。3.在上述實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,先在NiCl_2、NiSO_4、CoCl_2溶液中以泡沫鎳網(wǎng)為基底,分別以不同電壓(1V、1.5V、2V)進(jìn)行較長(zhǎng)時(shí)間的恒電壓沉積,在泡沫鎳表面沉積適量的CoNi合金,再將樣品浸泡在H_2PtCl_6溶液中進(jìn)行置換反應(yīng),最后得到泡沫鎳負(fù)載的CoNi/Pt納米結(jié)構(gòu),發(fā)現(xiàn)該結(jié)構(gòu)也具有有較好的對(duì)甲醇的電催化氧化性能和抗CO中毒的性能。
【學(xué)位授予單位】：西南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：O643.36;TM911.4
【圖文】：

化氧化效果最好，因此本章以下的研究均采用該合成條件得到的樣品。對(duì)所制備的樣品，使用掃描電子顯微鏡（SEM, JEOLJSM7100F）和附帶的儀（EDS, Oxford Aztec X-act）分析其形貌和元素組成。電化學(xué)性能測(cè)試在電工作站（CHI660E）上進(jìn)行的，實(shí)驗(yàn)采用三電極體系，泡沫鎳負(fù)載 Pt 納米結(jié)為工作電極，鉑片電極為對(duì)電極，銀/氯化銀電極為參比電極，電解液為 0.5 mo KOH 溶液，測(cè)試實(shí)驗(yàn)在室溫下進(jìn)行。.3 形貌結(jié)構(gòu)表征掃描電鏡（SEM）是觀察樣品形貌最為方便、有效的測(cè)試方法，使我們可觀的看到樣品表面和晶粒的各種形貌特征。圖 2.1a 是泡沫鎳基底 SEM 照片，可以看出，泡沫鎳集流體為三維多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，孔徑分布比較均勻，可形成的通道，這可以大大的增加反應(yīng)接觸面積。圖 2.1b 所示為泡沫鎳的局部放大，可以觀察到泡沫鎳的表面較為光滑，無(wú)雜質(zhì)和附著物，并且可以清楚的看界。經(jīng)過(guò)電化學(xué)沉積貴金屬 Pt 之后，灰色的泡沫鎳表面變?yōu)楹谏瑢?duì)于這層黑

鎳負(fù)載 Pt 納米結(jié)構(gòu)的電 mA，沉積時(shí)長(zhǎng)為 10 min 的樣品對(duì)甲醇的電研究均采用該合成條件得到的樣品。顯微鏡（SEM, JEOLJSM7100F）和附帶的能其形貌和元素組成。電化學(xué)性能測(cè)試在電化采用三電極體系，泡沫鎳負(fù)載 Pt 納米結(jié)構(gòu)/氯化銀電極為參比電極，電解液為 0.5 mol/L。貌最為方便、有效的測(cè)試方法，使我們可以貌特征。圖 2.1a 是泡沫鎳基底 SEM 照片，由孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，孔徑分布比較均勻，可形成對(duì)觸面積。圖 2.1b 所示為泡沫鎳的局部放大照實(shí)驗(yàn)裝置示意圖

圖 2.2 不同放大倍數(shù)下泡沫鎳負(fù)載 Pt 納米結(jié)構(gòu)的 SEM 圖，圖 a 中的插圖為能譜儀對(duì)樣品中元素分析的結(jié)果，圖 b 中的插圖為 Pt 顆粒膜的斷面圖。物質(zhì)，我們采用掃描電子顯微鏡進(jìn)行了形貌分析，結(jié)果如圖 2.2 所示。低倍的電鏡照片（圖 2.2a）顯示在三維多孔的泡沫鎳表面均勻致密的覆蓋了一層沉積物，放大后的照片（圖 2.2b 和 2.2c）顯示原本光滑表面上沉積了一層凹凸不平的納米級(jí)顆粒薄膜，原本的泡沫鎳金屬晶界也已被遮蓋了起來(lái)。值得注意的是，這些顆粒大都呈現(xiàn)出垂直于泡沫鎳表面排列的尖錐形，其側(cè)面照片如圖 2.2b 中的插圖所示，這些尖錐體的高度和大小并不均一，平均高度在 500 nm 左右，它們的直徑基本上都在數(shù)十納米，特別是底部直徑較大，可在 100 納米以上。在一些間椎體的底部還存在一些裂縫，從這些裂縫中可以看到底部的泡沫鎳，因此在甲醇催化過(guò)程中，底部這些鎳有機(jī)會(huì)參與反應(yīng)，降低表面 Pt 催化劑的 CO 中毒性。進(jìn)一步放大后的高倍 SEM 照片如圖 2.2d 所示，可以看出這些尖錐體的根部直徑約為 150 nm，尖端部分只有幾個(gè)納米，而且其表面也十分粗糙，這樣的結(jié)構(gòu)必將能夠提供較大的

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前8條

1 王麗;馬俊紅;;氮摻雜還原氧化石墨烯負(fù)載鉑催化劑的制備及甲醇電氧化性能[J];物理化學(xué)學(xué)報(bào);2014年07期

2 王宗花;史國(guó)玉;夏建飛;張菲菲;夏延致;李延輝;夏臨華;;直接甲醇燃料電池Pt基陽(yáng)極催化劑的研究進(jìn)展[J];化學(xué)學(xué)報(bào);2013年09期

3 王峗;廖衛(wèi)平;索掌懷;;炭黑負(fù)載Pt-Fe雙金屬催化劑對(duì)甲醇的電催化氧化性能[J];分子催化;2013年04期

4 羅遠(yuǎn)來(lái);梁振興;廖世軍;;直接甲醇燃料電池陽(yáng)極催化劑研究進(jìn)展[J];催化學(xué)報(bào);2010年02期

5 楊紅艷;郭盼盼;李偉善;;抗CO中毒的Pt-H_xWO_3電沉積制備及其對(duì)甲醇氧化的催化作用[J];物理化學(xué)學(xué)報(bào);2009年04期

6 李金峰;宋煥巧;邱新平;;直接甲醇燃料電池陽(yáng)極催化劑的研究進(jìn)展[J];電源技術(shù);2007年02期

7 崔愛(ài)玉;付穎;;燃料電池——新的綠色能源[J];應(yīng)用能源技術(shù);2006年07期

8 韓飛,劉長(zhǎng)鵬,邢巍,陸天虹;直接甲醇燃料電池的研究進(jìn)展[J];應(yīng)用化學(xué);2004年09期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

1 王萍;金屬納米線陣列的制備及其甲醇催化性能研究[D];西南大學(xué);2014年

2 蔡英;直接甲醇燃料電池有序功能鉑基合金陽(yáng)極催化劑的研究[D];廣西師范大學(xué);2008年

本文編號(hào)：2777831