能源緊缺、環(huán)境惡化是當(dāng)今世界面臨的主要問題。發(fā)展清潔、可再生的能源成為人類迫切需要解決的問題。直接乙醇燃料電池可將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能且排放少量的,主要應(yīng)用于電子便攜式設(shè)備、便攜式輔助充電器和運(yùn)輸工具。直接乙醇燃料電池吸引了越來越多的關(guān)注,主要是由于其燃料能量密度高、便于儲存和運(yùn)輸、可再生性。盡管,直接乙醇燃料電池具有較大的商業(yè)化潛力,但其動力學(xué)反應(yīng)緩慢,嚴(yán)重阻礙了乙醇燃料電池的發(fā)展。所以,乙醇燃料電池的發(fā)展面臨巨大的挑戰(zhàn),要想提高乙醇燃料電池在堿性介質(zhì)中的催化氧化反應(yīng),關(guān)鍵在于發(fā)展高活性、高穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)廉價(jià)的乙醇燃料電池陽極催化劑。目前,乙醇燃料電池的陽極催化劑主要以Pt基或Pd基催化劑為主。然而,低活性、弱耐久性、低選擇性和較高的材料制備成本限制了Pt基或Pd基催化劑的發(fā)展。為了解決以上問題,開發(fā)并實(shí)施了一些改進(jìn)策略,合成多組分或納米組分的復(fù)合催化劑。讓Pt或Pd與過渡金屬進(jìn)行合金化,主要通過調(diào)節(jié)電子結(jié)構(gòu)和優(yōu)化催化劑表面吸附能來改善催化劑的催化性能;通過讓Pt或Pd與過渡金屬氧化物或氫氧化物混合,構(gòu)建協(xié)同催化劑來提高催化劑的催化活性。研究發(fā)現(xiàn),兩種策略都能有效地提高催化劑的催化活性和穩(wěn)... 

【文章來源】：華南理工大學(xué)廣東省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

直接乙醇燃料電池示意圖

第一章緒論11高C-C鍵的裂解，顯著促進(jìn)了乙醇的催化氧化反應(yīng)，為三元Pt基催化劑的設(shè)計(jì)提供思路[90-94]。Pt與過渡金屬氧化物或氫氧化物混合的復(fù)合催化劑。Pt與過渡金屬氧化物或氫氧化物混合是制備催化劑的另一策略，引入過渡金屬氧化物或氫氧化物，不僅可以促進(jìn)水的裂解，為催化反應(yīng)提供羥基，還能夠提高催化劑的催化活性。Li等[95]制備了多孔的納米結(jié)構(gòu)催化劑Pt-NiOx，促進(jìn)了乙醇的催化氧化反應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)，引入了SnO2，能夠提高催化劑的催化性能，與Pt/C相比，具有較高的催化活性和較強(qiáng)的抗CO中毒能力，具有重要意義[96-98]。如圖1-2乙醇在Pt電極上催化氧化的反應(yīng)機(jī)理。實(shí)線代表低電解質(zhì)pH下的機(jī)理，虛線代表高電解質(zhì)pH下的機(jī)理。[99]Figure1-2Proposedreactionmechanismforelectro-oxidationofethanolonPtelectrodes.SolidlineshowsthemechanismatlowelectrolytepH,whiledashedlineshowsthemechanismathighelectrolytepH.[99]1.3.3.2Pd基催化劑Pd基催化劑是乙醇燃料電池研究較多的一類催化劑，多用于堿性乙醇燃料電池中。在堿性介質(zhì)中，乙醇在Pd電極界面上的反應(yīng)途徑如圖1-3。目前，Pd基催化劑主要分

華南理工大學(xué)博士論文12為三類，即碳材料為載體的Pd基催化劑、Pd基二元三元合金化催化劑和Pd與過渡金屬氧化物或氫氧化物混合的復(fù)合催化劑。圖1-3堿性介質(zhì)中Pd電極界面上C2H5OH的反應(yīng)途徑。[100]Figure1-3ReactionpathwaysforinterfacialC2H5OHatPdelectrodesinalkalinemedia.[100]以碳材料為載體的Pd基催化劑。一種合適的載體材料，需滿足以下特征，高比表面積、良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性、合適的孔隙度以確保燃料電池反應(yīng)中反應(yīng)物的流動。研究發(fā)現(xiàn)，炭黑（CarbonBlack，CB）能夠滿足這些特征，且其簡單易得、成本較低、容易被活化。但是，它也存在自身的缺點(diǎn)，如炭黑在酸性環(huán)境中或者在高溫下（>90°C）容易被腐蝕。碳納米管（CarbonNanotubes，CNTs）是另外一種乙醇燃料電池催化劑的載體材料，碳納米管具有較高的導(dǎo)電性、較大的比表面積和多孔結(jié)構(gòu)，有利于金屬的分散和反應(yīng)物的流動，使催化劑具有較高的催化活性[101-104]。隨著石墨化程度的增加，位點(diǎn)的數(shù)量會增加，位點(diǎn)可作為金屬納米顆粒的活性中心，因此，促進(jìn)了載體和金屬間的相互作用，也使載體的抗氧化性大大提高。多壁碳納米管（Multi-wallCarbonNanotubes,MWCNTs）和它的功能化衍生物也是一種載體材料，被廣泛的應(yīng)用于燃料電池催化劑的制備。Rajesh等[105]用氫氟酸處理的多壁碳納米管為載體材料，制備了Pd基催化劑，研究表明，此催化劑具有較好的催化性能。催化劑催化性能的提高主要是由于多壁碳納米管具有大量的微孔結(jié)構(gòu)，不僅可以很好地錨定Pd納米顆粒，而且能夠

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Platinum nanoparticles coated by graphene layers: A low-metal loading catalyst for methanol oxidation in alkaline media[J]. Camelia Berghian-Grosan,Teodora Radu,Alexandru R.Biris,Monica Dan,Cezara Voica,Fumiya Watanabe,Alexandru S.Biris,Adriana Vulcu.  Journal of Energy Chemistry. 2020(01)
[2]One step NaBH4 reduction of Pt-Ru-Ni catalysts on different types of carbon supports for direct ethanol fuel cells : Synthe sis and characte rization[J]. Napha Sudachom,Chompunuch Warakulwit,Chaiwat Prapainainar,Thongthai Witoon,Paweena Prapainainar.  燃料化學(xué)學(xué)報(bào). 2017(05)



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