本文選題：直接甲醇燃料電池　切入點(diǎn)：Pt/Ti1-xSnxO2　出處：《黑龍江大學(xué)》2015年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：直接甲醇燃料電池(DMFC)因其較高的能量密度、適宜的操作環(huán)境、簡(jiǎn)易的操作過程以及幾乎為零的污染物排放,得到廣泛關(guān)注和研究。但是其陽極催化劑仍存在問題亟需解決,包括相對(duì)較高的成本、催化劑活性位點(diǎn)易被毒化、催化活性低以及催化劑穩(wěn)定性差等。本文引入Sn摻雜TiO2(Sn-TiO2)固溶體到DMFC陽極催化劑中作為助劑和載體,以提高催化劑的催化活性和穩(wěn)定性。本文對(duì)所制備的引入Sn-TiO2后的催化劑進(jìn)行了物理化學(xué)性能表征和電化學(xué)測(cè)試,并詳細(xì)討論了其對(duì)催化劑催化活性和穩(wěn)定性的促進(jìn)原理。(1)利用溶膠-水熱法制備了不同摻雜比例的Sn-TiO2(Ti O2、Ti0.9Sn0.1O2、Ti0.8Sn0.2O2和Ti0.7Sn0.3O2),并將其與Vulcan XC-72 carbon black機(jī)械混合作為Pt催化劑的載體。探討了不同摻雜比例和不同“氧化物/C”比例對(duì)催化劑甲醇電氧化效果的影響。篩選出Sn摻雜比例為10%、“氧化物/C”比例為15:35的催化劑(Pt/Ti0.9Sn0.1O2 C70)作為主要研究對(duì)象,通過循環(huán)伏安(CV)、計(jì)時(shí)電流(CA)CO溶出伏安等電化學(xué)測(cè)試手段考察了Pt/Ti0.9Sn0.1O2 C70催化劑的甲醇電氧化催化活性和穩(wěn)定性。通過XPS分析,Sn元素的摻入使氧化物表面對(duì)含氧官能團(tuán)的吸附能力增強(qiáng),進(jìn)而增強(qiáng)了氧化物在催化劑工作時(shí)的“雙功能機(jī)理”作用。同時(shí)使有利于催化劑催化活性和穩(wěn)定性的“三相界面”結(jié)構(gòu)更容易形成。(2)將銳鈦礦Ti O2分散在10 mol L 1的NaOH溶液中進(jìn)行水熱反應(yīng)得到鈦酸鈉納米管,經(jīng)過酸洗和水洗,得到鈦酸納米管。將得到的鈦酸納米管加入到SnCl4的乙醇溶液中進(jìn)行離子交換得到Sn4+離子摻雜的鈦酸納米管,經(jīng)過焙燒后得到Sn摻雜TiO2納米管(Sn-TNT)。將其與Vulcan XC-72 carbon black混合作為Pt催化劑的復(fù)合載體,得到甲醇電氧化催化劑Pt/Sn-TNT C。通過電化學(xué)測(cè)試可以得出,Pt/Sn-TNT C相比較于Pt/Ti0.9Sn0.1O2 C具有更高的甲醇電氧化催化活性。經(jīng)分析,混有鈦酸或TiO2(B)晶型的管狀錫摻雜二氧化鈦比顆粒狀氧化物具有更高的電子傳導(dǎo)性,同時(shí),其對(duì)水分子的吸附能力加強(qiáng)。(3)以氫氟酸為氟源,采用浸漬焙燒法對(duì)Sn摻雜TiO2納米管做進(jìn)一步修飾。將修飾后的氧化物(Sn-F-TNT)與炭黑混合,將Pt負(fù)載其上作為甲醇電氧化催化劑(Pt/Sn-F-TNT/C)。與Pt/Sn-TNT/C催化劑做對(duì)比,研究其電催化性能,結(jié)果表明,Pt/Sn-F-TNT/C樣品具有較高的抗CO中毒能力,而Pt/Sn-TNT/C的甲醇電氧化效果與Pt/Sn-F-TNT/C相近。分析原因,F元素并沒有進(jìn)入氧化物晶格,以表面吸附的狀態(tài)存在,提高了氧化物表面的電負(fù)性。從而促進(jìn)了氧化物表面含氧物種濃度的提升和Pt顆粒在載體上的均勻分散。
[Abstract]:Direct methanol fuel cell (DMFC) has been widely studied for its high energy density, suitable operating environment, simple operation process and almost zero pollutant emission. However, the anode catalyst still needs to be solved. Including relatively high cost, the active sites of the catalyst are easily poisoned, the catalytic activity is low and the stability of the catalyst is poor. In this paper, Sn-doped TiO2Sn-TiO2) solid solution was introduced to the DMFC anode catalyst as a promoter and carrier. In order to improve the catalytic activity and stability of the catalysts, the physicochemical properties and electrochemical tests of the catalysts after the introduction of Sn-TiO2 were investigated. The mechanism of promoting the catalytic activity and stability of the catalyst was discussed in detail. (1) Sn-TiO2(Ti O _ 2 O _ 2O _ 2 Ti _ (0.9) Sn _ (0.1) O _ (2) O _ (2) Ti _ (0.8) Sn _ (0.2) O _ (2) and Ti _ (0.7) Sn _ (0.3) O _ (2) O _ (2) and Vulcan XC-72 carbon black were mechanically mixed with Vulcan XC-72 carbon black as the support of Pt catalyst. The effect of different doping ratio and different "oxide / C" ratio on the electrooxidation of methanol was investigated. The catalyst Pt- / Ti0.9Sn0.1O2 / C70 with Sn doping ratio of 10 and "oxide / C" ratio of 15:35 was selected as the main research object. The catalytic activity and stability of Pt/Ti0.9Sn0.1O2 C70 catalyst for methanol electrooxidation were investigated by means of cyclic voltammetry (CV) and chronoamperometric voltammetry (CV) and chronoamperometric stripping voltammetry. The oxygen functional groups on the surface of the oxide were determined by XPS analysis with the addition of Sn element. Enhanced adsorption capacity, Thus, the "double function mechanism" of oxide in catalyst operation is enhanced. At the same time, the "three-phase interface" structure, which is favorable to the catalytic activity and stability of the catalyst, is easier to form. 2) anatase TIO _ 2 is dispersed in 10 mol L. Sodium titanate nanotubes were obtained by hydrothermal reaction in the NaOH solution of T-1. After acid washing and water washing, titanic acid nanotubes were obtained. The obtained titanate nanotubes were added to the ethanol solution of SnCl4 for ion exchange to obtain Sn4 ion-doped titanate nanotubes. Sn-doped TiO2 nanotubes were prepared by calcination. Sn-TNT black was mixed with Vulcan XC-72 carbon black as the composite support of Pt catalyst. The methanol electrooxidation catalyst Pt/Sn-TNT C was obtained. By electrochemical test, it can be concluded that Pt- Sn-TNT / C has higher catalytic activity than Pt/Ti0.9Sn0.1O2 C in methanol electrooxidation. The tubular tin doped TIO _ 2 mixed with titanic acid or TIO _ 2B has higher electron conductivity than granular oxide. Meanwhile, its adsorption ability to water molecules is enhanced. [WT5HZ] hydrofluoric acid is used as fluorine source, and hydrofluoric acid is used as fluorine source. Sn-doped TiO2 nanotubes were further modified by impregnation roasting method. The modified oxide Sn-F-TNT was mixed with carbon black, and Pt was supported as methanol electrooxidation catalyst PtSn-F-TNT / Con. Compared with Pt/Sn-TNT/C catalyst, its electrocatalytic performance was studied. The results show that the Pt- Sn-F-TNT / C sample has a higher ability to resist CO poisoning, while the effect of methanol electrooxidation of Pt/Sn-TNT/C is similar to that of Pt/Sn-F-TNT/C. The reason is that element F does not enter the oxide lattice and exists in the state of adsorption on the surface. The electronegativity of the oxide surface is improved, thus the oxygen species concentration on the oxide surface and the uniform dispersion of Pt particles on the surface of the oxide are promoted.
【學(xué)位授予單位】：黑龍江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TM911.4;TB383.1

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 李永峰,董新法,林維明;燃料電池電動(dòng)車用甲醇重整催化劑研究進(jìn)展[J];天然氣化工;2002年04期

2 ;美研制出液態(tài)甲醇燃料電池[J];杭州化工;2011年03期

3 ;新技術(shù)助甲醇燃料電池大幅降低成本[J];天然氣化工(C1化學(xué)與化工);2012年02期

4 李慶;葉強(qiáng);楊曉光;;電解重整式甲醇燃料電池系統(tǒng)[J];化工學(xué)報(bào);2013年04期

5 張關(guān)永,陸兆鍔;直接式甲醇燃料電池的研究進(jìn)展[J];化學(xué)世界;1997年10期

6 張春桃;劉幫禹;王海蓉;吳曉琴;;焦化甲醇下游衍生品研發(fā)進(jìn)展[J];現(xiàn)代化工;2014年02期

7 谷口貢;;甲醇燃料電池的電極催化劑研究[J];輕型汽車技術(shù);2001年06期

8 戶冢和秀;;用于甲醇燃料電池膜片電極接合體的多孔性電解質(zhì)的開發(fā)研究[J];輕型汽車技術(shù);2001年06期

9 ;甲醇燃料電池納米催化劑研制成功[J];化工中間體;2010年03期

10 ;甲醇燃料電池納米催化劑研制成功[J];粘接;2010年05期

相關(guān)會(huì)議論文 前3條

1 徐彥輝;林祥欽;;PtPd合金的電化學(xué)制備及其對(duì)甲醇的電催化氧化[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第十四屆有機(jī)分析及生物分析學(xué)術(shù)研討會(huì)會(huì)議論文摘要集[C];2007年

2 宛朝輝;唐浩林;潘牧;木士春;袁潤(rùn)章;;靜電自組裝甲醇燃料電池用阻醇膜的制備與性能[A];第二屆中國(guó)膜科學(xué)與技術(shù)報(bào)告會(huì)論文集[C];2005年

3 項(xiàng)東;尹龍衛(wèi);;PtFe_x/介孔碳復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)與甲醇燃料電池電催化活性[A];第八屆全國(guó)材料科學(xué)與圖像科技學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2012年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前10條

1 本報(bào)記者 陳金國(guó);甲醇經(jīng)濟(jì),從幕后走到臺(tái)前[N];中國(guó)石油報(bào);2010年

2 記者 傅裕;66億元甲醇燃料電池項(xiàng)目落戶汪清[N];延邊日?qǐng)?bào);2010年

3 本報(bào)記者 陳丹江;甲醇：拓展市場(chǎng)需四面出擊[N];中國(guó)化工報(bào);2011年

4 劉曉成 曾海蓉;新區(qū)聯(lián)手清華大學(xué)研發(fā)甲醇燃料電池[N];鎮(zhèn)江日?qǐng)?bào);2011年

5 本報(bào)記者 江世亮;關(guān)注“甲醇經(jīng)濟(jì)”[N];文匯報(bào);2007年

6 馮樹偉;研發(fā)新產(chǎn)品 開拓新市場(chǎng)[N];吉林日?qǐng)?bào);2010年

7 ;美國(guó)科學(xué)家研制出甲醇燃料電池[N];中國(guó)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)導(dǎo)報(bào);2006年

8 蔡啟瑞;張鴻斌;創(chuàng)建能源化工先進(jìn)體系[N];中國(guó)化工報(bào);2002年

9 記者 楊華 建華;我國(guó)最大規(guī)模的甲醇生產(chǎn)線開工[N];青海日?qǐng)?bào);2005年

10 特約記者 王占武　記者 曾毅 通訊員 于柏林;我國(guó)直接甲醇燃料電池技術(shù)研發(fā)獲重要突破[N];光明日?qǐng)?bào);2009年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 李亞北;錫摻雜二氧化鈦納米材料促進(jìn)甲醇電氧化性能的研究[D];黑龍江大學(xué);2015年

2 代曉瑛;中空碳球的制備及其在甲醇燃料電池中的應(yīng)用[D];汕頭大學(xué);2011年

3 李苗苗;微型甲醇燃料電池測(cè)試用液體輸運(yùn)控制系統(tǒng)[D];大連理工大學(xué);2007年

4 陳先學(xué);甲醇燃料電池陽極催化劑的研究[D];浙江工業(yè)大學(xué);2004年

5 張磊;微型甲醇燃料電池環(huán)氧封裝結(jié)構(gòu)力學(xué)特性及其性能影響研究[D];大連理工大學(xué);2012年

6 吳海;Pt基納米材料的制備及其在甲醇燃料電池中的應(yīng)用[D];蘇州大學(xué);2013年

7 趙寅廷;微型甲醇燃料電池陽極CO_2排出研究[D];大連理工大學(xué);2008年

8 劉棟;金催化CO氧化與甲醇直接合成甲酸甲酸反應(yīng)的理論研究[D];山東大學(xué);2011年

9 曹萌;納米鉑顆粒制備及甲醇循環(huán)伏安行為研究[D];河北師范大學(xué);2008年

10 王霞;鉑、金納米結(jié)構(gòu)可控電化學(xué)制備及其對(duì)甲醇電催化特性[D];湖南大學(xué);2014年

，

本文編號(hào)：1573442