【摘要】：近年來,發(fā)展綠色可持續(xù)的能源技術(shù),減少人類社會對化石燃料的依賴,已經(jīng)吸引了越來越多的關(guān)注。質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFCs),因其具有的工作條件溫和、能量密度高、啟動速度快等優(yōu)點而成為化石燃料的可能替代品。然而,燃料電池的商業(yè)化應(yīng)用仍存在一些問題,而解決這些問題的關(guān)鍵在于研發(fā)高效的催化劑和發(fā)展先進的電化學(xué)技術(shù)。開發(fā)用于其陰極上發(fā)生的氧還原反應(yīng)(ORR)的高效電催化劑對于大規(guī)模商業(yè)化PEMFCs至關(guān)重要。包括具有超小粒徑的金團簇,粒徑較大的金顆粒以及金的合金在內(nèi)的納米金材料,作為高效的催化劑用于ORR已引起了廣泛關(guān)注。本文主要介紹,通過發(fā)展較為綠色簡便的方法,設(shè)計和合成出基于納米金的高效氧還原催化劑,并對材料進行形貌與結(jié)構(gòu)表征、元素成分分析及電催化活性的測試來分析研究材料成分、結(jié)構(gòu)組成與電化學(xué)活性之間的關(guān)系。主要研究內(nèi)容如下:(1)通過濕化學(xué)法和物理機械法制備Au_(102)(p-MBA_(44))團簇分子與多孔碳納米片的納米復(fù)合材料(AuCNS)并用作ORR的高效電催化劑。實驗結(jié)果表明,所得納米復(fù)合材料在電化學(xué)測試中表現(xiàn)出優(yōu)異的ORR活性。在0.1 mol L~(-1) KOH中,具有較高的起始電位(+0.96 V vs.RHE),較低的過氧化氫產(chǎn)率(+0.50~+0.80 V,H_2O_2產(chǎn)率20%)和優(yōu)異的電化學(xué)穩(wěn)定性。電化學(xué)測試和結(jié)構(gòu)表征結(jié)果表明,具有30%Au負載量的樣品在系列樣品中表現(xiàn)出最高的ORR催化活性,其性能與商業(yè)鉑碳相當(dāng)。這些結(jié)果表明,通過一種有效的方法來制備出的負載在碳納米片上的金納米團簇復(fù)合材料,具有高效ORR催化性能。(2)選用具有SSKKSGSYSGSKGSKRRIL序列的多肽R5,通過簡單快速的濕化學(xué)法分別制備了R5模板化的Au和Pt納米材料并用作ORR的催化劑。研究結(jié)果表明,通過調(diào)整金屬與肽的比例,可獲得不同形貌的Au和Pt納米材料。在較低的金屬/多肽比例下,Au和Pt均獲得球形納米顆粒,而在較高比例時,形成納米帶和/或網(wǎng)狀納米鏈,且這些具有不同形態(tài)的Au或Pt納米材料在堿性條件下表現(xiàn)出對ORR不同的活性。這些發(fā)現(xiàn)表明,可以通過簡單快速的方法合成出由多肽模板化的貴金屬納米材料,其結(jié)構(gòu)受多肽調(diào)控,且具有可觀的ORR催化活性。(3)以具有NPSSLFRYLPSDAG4序列的多肽A4為模板,通過簡單快速的濕化學(xué)方法引導(dǎo)生成了穩(wěn)定的AuAg合金網(wǎng)狀納米粒子,但是,當(dāng)只有Ag或Au金屬與A4單獨作用時,則納米材料為輪廓清晰的球形顆粒。系列樣品中,隨著金質(zhì)量的增加,可以獲得更多的較大的團塊。具有不同形貌的A4-AuAg納米材料在堿性介質(zhì)中表現(xiàn)出對ORR的有效催化活性。通過對金屬與A4比率和金與銀的比例進行了優(yōu)化,以增強電催化性能。電化學(xué)測試和結(jié)構(gòu)表征分析表明,Au:Ag:A4=10:30:1的樣品在該系列中表現(xiàn)出最高的活性,這主要歸因于多肽A4的保護作用,防止了金屬-金屬之間的團聚,以及Au與Ag原子之間強烈的電子作用引起的協(xié)同催化效應(yīng)。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：O643.36;TB383.1
【圖文】：

華南理工大學(xué)碩士學(xué)位論文0 年的歷史。1889 年，Mond L 和 Langer C 選用了鉑黑為催化劑；實用型燃四氟乙烯為防水劑制備出了憎水電極）于 20 世紀 50 年代問世；燃料電池到 70 年代的石油危機影響而出現(xiàn)了新的浪潮，磷酸型燃料電池（PAFC）展。固體氧化物燃料電池（SOFC）在 80 年代得以開發(fā)。到了 90 年代，料電池（PEMFC）的出現(xiàn)給燃料電池研發(fā)技術(shù)上帶來了重大突破，為燃料入了生機與活力，被視為未來電動產(chǎn)品的主要動力來源[8]。質(zhì)子交換膜燃料電池的概述 質(zhì)子交換膜燃料電池的結(jié)構(gòu)

第一章 緒論過電化學(xué)分析測試發(fā)現(xiàn)，相對于其他形貌的金納米顆粒，管佳的ORR催化活性，分析原因可能是由于Au(111)面上普遍存合成了負載在碳化鎢上的 Au-Pd 合金納米顆粒，同時考察了該的 ORR 催化反應(yīng)。電化學(xué)測試結(jié)果表明，該 Au-Pd 合金納米R 催化活性，分析原因可能是因為所選擇的碳化鎢支撐材料，性，通過與 Au-Pd 合金納米顆粒復(fù)合，發(fā)生協(xié)同作用，從而[37]。、鈀等貴金屬，金的礦產(chǎn)量較豐富，且從市面價格上看（如圖間，金的價格變動也較平穩(wěn)(如圖 1-3)，而鉑的價格則呈現(xiàn)出開發(fā)金系的燃料電池催化劑，不僅能夠極大的減少鉑的用量從而推動燃料電池的商業(yè)應(yīng)用進程。

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前4條

1 馬紫峰;張慧娟;原鮮霞;蔣淇忠;;低溫燃料電池用非貴金屬氧還原催化劑研究進展[J];化工進展;2011年01期

2 李莉;陳四國;齊學(xué)強;王耀瓊;季孟波;李蘭蘭;魏子棟;;質(zhì)子交換膜燃料電池中的電化學(xué)催化[J];電化學(xué);2009年04期

3 王鳳娥;質(zhì)子交換膜燃料電池的研究開發(fā)及應(yīng)用新進展[J];電源技術(shù);2002年05期

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相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 馬麗;Au在質(zhì)子交換膜燃料電池電催化劑中的應(yīng)用研究[D];中國科學(xué)院研究生院（大連化學(xué)物理研究所）;2007年

本文編號：2724698