發(fā)布時(shí)間：2017-09-13 19:48

  本文關(guān)鍵詞：基于介孔碳材料的氧還原電催化劑研究

  更多相關(guān)文章： 燃料電池 陰極氧還原催化劑 介孔碳材料 高溫碳化 抗甲醇

【摘要】：質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)作為燃料電池中的一類由于具有能量密度高、操作溫度低、排放污染物少等特點(diǎn),已經(jīng)應(yīng)用在可移動(dòng)電源和便攜式電子產(chǎn)品中,引起了人們的廣泛關(guān)注。陰極氧還原催化劑是PEMFC的核心部件,雖然PEMFC的研究已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展,但陰極催化劑在催化氧還原過(guò)程中長(zhǎng)期穩(wěn)定性較差、動(dòng)力學(xué)過(guò)程較緩慢,仍然是制約質(zhì)子交換膜燃料電池商業(yè)化的關(guān)鍵問(wèn)題。本文基于介孔碳材料的優(yōu)異性能,開(kāi)展了鉑與介孔碳的復(fù)合研究,制備了氮摻雜中空碳微球包裹鉑納米粒子復(fù)合材料(HNCMS@Pt NPs)和以Al-PCP高溫碳化的高層次多孔碳材料(HPC)作為催化劑載體的Pt/HPC復(fù)合材料,并將它們用作酸性條件下的氧還原反應(yīng)催化劑。以金屬有機(jī)框架化合物ZIF-8為前驅(qū)物,高溫?zé)峤獾慕榭滋贾袚诫s磷元素,得到了磷氮共摻雜的介孔碳材料并研究了其在堿性條件下的氧還原性能。論文的具體工作如下：(1)將鉑納米粒子負(fù)載于氨基化二氧化硅微球上,獲得Pt NPs/SiO2復(fù)合材料。然后通過(guò)多巴胺自聚合反應(yīng)在Pt NPs/SiO2復(fù)合材料上包裹聚多巴胺(PDA)膜,將其在氮?dú)鈿夥罩兄苯舆M(jìn)行碳化處理并通過(guò)氫氟酸溶液刻蝕去除SiO2,獲得了內(nèi)嵌有Pt NPs的氮摻雜中空碳微球(HNCMS@Pt NPs)。采用掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)、X射線衍射儀(XRD)、拉曼光譜儀(Raman)、比表面積分析儀(BET)和X射線光電子能譜儀(XPS)對(duì)HNCMS@Pt NPs復(fù)合材料的形貌和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。采用循環(huán)伏安法(CV)和線性掃描伏安法(LSV)研究了HNCMS@PtNPs復(fù)合材料的電催化氧還原性能。結(jié)果表明：HNCMS@Pt NPs催化劑的Pt載量高達(dá)11.9 wt.%,對(duì)氧還原反應(yīng)具有高電催化活性、高穩(wěn)定性和優(yōu)良的抗甲醇性能。(2)以鋁的多孔配位聚合物Al-PCP為碳源,直接高溫?zé)崽幚淼玫礁邔哟蔚亩嗫滋疾牧螲PC,通過(guò)微波輔助還原法將鉑納米粒子均勻分散在HPC載體上(Pt/HPC)。采用SEM、TEM、Raman、XRD、BET等手段表征了材料的形貌、結(jié)構(gòu)和孔徑分布。結(jié)果表明：鉑納米粒子在介孔碳上均勻分散和小顆粒沉積。并用CV、LSV、加速壽命測(cè)試(ADT)等技術(shù)考察了Pt/HPC復(fù)合材料在0.5 M H2SO4溶液中的氧還原性能。Pt/HPC催化劑的氧還原起峰電位比商業(yè)E-TEK Pt/C的更正,極限電流密度是商業(yè)E-TEK Pt/C的1.6倍。經(jīng)過(guò)ADT測(cè)試后,商業(yè)E-TEK Pt/C的半波電位負(fù)移了52 mV,而Pt/HPC的半波電位只負(fù)移了11 mV,說(shuō)明Pt/HPC催化劑具有優(yōu)異的氧還原性能和長(zhǎng)期穩(wěn)定性。(3)以金屬框架有機(jī)物ZIF-8為前驅(qū)物,高溫碳化得到氮摻雜的介孔碳材料,再以1,2-乙烯基二磷酸為磷源,通過(guò)吸附,高溫?zé)崽幚碇苽淞肆椎矒诫s的介孔碳材料(PNDCS)。通過(guò)SEM、XRD、Raman、BET對(duì)PNDCS催化劑的形貌結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究,并用CV、LSV、 I-t測(cè)試了此材料在0.1 M KOH溶液中氧還原性能。結(jié)果表明PNDCS材料是菱形十二面體的形貌,尺寸在300 nm左右；PNDCS催化劑的起始電位與商業(yè)E-TEK Pt/C的接近,而極限電流密度卻比E-TEK高出0.7 mA cm-2, PNDCS與商業(yè)E-TEK Pt/C相比具有更加優(yōu)異的抗甲醇性能和高的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。
【關(guān)鍵詞】：燃料電池 陰極氧還原催化劑 介孔碳材料 高溫碳化 抗甲醇
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O643.36;TM911.4
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第1章 緒論12-24
• 1.1 燃料電池概述12-16
• 1.1.1 燃料電池的特點(diǎn)12-13
• 1.1.2 燃料電池的構(gòu)成及工作原理13-14
• 1.1.3 燃料電池的發(fā)展及應(yīng)用14-15
• 1.1.4 燃料電池的分類15-16
• 1.2 直接甲醇燃料電池(DMFC)16-17
• 1.2.1 直接甲醇燃料電池(DMFC)的工作原理16
• 1.2.2 直接甲醇燃料電池(DMFC)的發(fā)展及應(yīng)用16-17
• 1.2.3 阻礙直接甲醇燃料電池(DMFC)發(fā)展的制約因素17
• 1.3 陰極氧還原催化劑17-23
• 1.3.1 貴金屬催化劑18-20
• 1.3.2 異種元素?fù)诫s的碳材料催化劑20-22
• 1.3.3 過(guò)渡金屬大環(huán)化合物22
• 1.3.4 氮摻雜碳載金屬催化劑22
• 1.3.5 過(guò)渡金屬氧化物和硫族化合物催化劑22-23
• 1.4 本課題選擇的意義和內(nèi)容23-24
• 第2章 新型抗甲醇的氧還原電催化劑——氮摻雜中空碳微球@鉑納米粒子復(fù)合材料研究24-37
• 2.1 前言24-25
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分25-28
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)藥品25-26
• 2.2.2 實(shí)驗(yàn)儀器26-27
• 2.2.3 實(shí)驗(yàn)所需的溶液27
• 2.2.4 HNCMS@Pt NPs復(fù)合材料的制備27-28
• 2.2.5 HNCMS@Pt NPs復(fù)合材料物理性能的表征28
• 2.2.6 HNCMS@Pt NPs復(fù)合材料電化學(xué)性能測(cè)試28
• 2.3 結(jié)果與討論28-36
• 2.3.1 HNCMS@Pt NPs的SEM和TEM表征28-29
• 2.3.2 HNCMS@Pt NPs的結(jié)構(gòu)表征29-32
• 2.3.3 HNCMS@Pt NPs的氧還原性能研究32-34
• 2.3.4 HNCMS@Pt NPs的長(zhǎng)期穩(wěn)定性研究34-35
• 2.3.5 HNCMS@Pt NPs的抗甲醇性能研究35-36
• 2.4 本章小結(jié)36-37
• 第3章 鉑納米粒子/多孔碳材料復(fù)合物的制備及其氧還原性能研究37-47
• 3.1 前言37-38
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分38-39
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)藥品38
• 3.2.2 實(shí)驗(yàn)需要的溶液38
• 3.2.3 Pt/HPC復(fù)合材料的制備38-39
• 3.2.4 工作電極的制備39
• 3.2.5 Pt/HPC復(fù)合材料物理性能的表征39
• 3.2.6 Pt/HPC復(fù)合材料電化學(xué)性能測(cè)試39
• 3.3 結(jié)果與討論39-45
• 3.3.1 Pt/HPC復(fù)合材料的SEM和TEM表征39-40
• 3.3.2 Pt/HPC復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)表征40-43
• 3.3.3 Pt/HPC復(fù)合材料的氧還原性能研究43-45
• 3.3.4 Pt/HPC復(fù)合材料的長(zhǎng)期穩(wěn)定性研究45
• 3.4 本章小結(jié)45-47
• 第4章 磷氮共摻雜介孔碳材料的氧還原性能研究47-57
• 4.1 前言47-48
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分48-49
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)藥品48
• 4.2.2 實(shí)驗(yàn)需要的溶液48
• 4.2.3 PNDCS催化劑的制備48-49
• 4.2.4 工作電極的制備49
• 4.2.5 PNDCS的材料物理性能的表征49
• 4.2.6 PNDCS材料電化學(xué)性能測(cè)試49
• 4.3 結(jié)果與討論49-56
• 4.3.1 PNDCS材料的SEM表征49-50
• 4.3.2 PNDCS材料的結(jié)構(gòu)表征50-52
• 4.3.3 PNDCS材料的氧還原性能研究52-54
• 4.3.4 PNDCS催化劑的抗甲醇性能研究54-55
• 4.3.5 PNDCS催化劑的長(zhǎng)期穩(wěn)定性研究55-56
• 4.4 本章小結(jié)56-57
• 結(jié)論57-59
• 參考文獻(xiàn)59-73
• 附錄A 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄73-74
• 致謝74

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 王麗娟;在石墨及聚酞菁化合物電極上氧還原的電催化[J];催化學(xué)報(bào);1988年01期

2 黃幼菊;李偉善;黃青丹;李偉;張慶龍;蔣臘生;;氫鉬青銅對(duì)鉑催化氧還原反應(yīng)的促進(jìn)作用[J];高等學(xué)�；瘜W(xué)學(xué)報(bào);2007年05期

3 李之樂(lè);曾為民;馬玉錄;;聚苯胺載鉑鈀電極的制備及氧還原催化性能研究[J];華東理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2013年04期

4 李萍;李升憲;胡曉宏;王會(huì)勤;;球磨方法對(duì)氧還原催化劑性能的影響[J];電池;2006年03期

5 位辰先,田建華,梁寶臣,劉邦衛(wèi);制備條件對(duì)卟啉鈷氧還原催化性能的影響[J];天津理工學(xué)院學(xué)報(bào);2004年03期

6 孫曉然;李光躍;夏定國(guó);張立美;李釩;;均苯四甲酰亞胺橋聯(lián)的聚酞菁亞鐵的氧還原反應(yīng)(英文)[J];物理化學(xué)學(xué)報(bào);2013年07期

7 左小剛;;硫酸鹽還原菌對(duì)陰極氧還原反應(yīng)的影響[J];新疆有色金屬;2013年05期

8 張麗娟,夏定國(guó),王振堯,袁嶸,吳自玉;鉑鉍金屬間化合物催化劑的氧還原與抗甲醇氧化性能[J];物理化學(xué)學(xué)報(bào);2005年03期

9 李英霞;陳章霖;羅瑞賢;陳靄t，

本文編號(hào)：845573