【摘要】：當前能源問題已經(jīng)成為一個亟待解決的問題。開發(fā)高效的能量轉(zhuǎn)換和儲存設(shè)備是非常有必要的。燃料電池就是這樣一種高效的能量轉(zhuǎn)換的設(shè)備,因為其可以直接將化學能轉(zhuǎn)化為電能。而如何提高其陽極催化劑的催化效果,是目前研究的一個重點。本文通過合成以尖晶石雙金屬氧化物NiCo2O4為主體材料,采用不同的方法進行復(fù)合,并研究了將復(fù)合物作為陽極催化劑,測試其甲醇催化氧化時的活性。首先,采用微波水熱的方法合成NiCo2O4,隨后通過沉淀-還原的方法在NiCo2O4表面修飾具有良好分散性的Au納米顆粒。SEM和TEM結(jié)果顯示Au納米顆粒的直徑約為10 nm。并使用電化學方法研究了 Au/NiCo2O4復(fù)合物在甲醇催化氧化方面的性能。由于NiCo2O4納米花狀結(jié)構(gòu)有利于擴散以及Au與NiCo2O4之間的協(xié)同作用,復(fù)合物在1 M KOH+0.5 M甲醇的溶液中電流密度達到135.9 mA cm-2,在500次CV循環(huán)之后,其電流密度衰減為初始值的94%。前面的一部分工作取得了較好的結(jié)果,但是由于這一過程是在玻碳電極上,通過材料的修飾而完成的。因此,在此過程中不可避免的要使用到粘結(jié)劑;且電極材料和電極之間也有一定的界面電阻。這些都限制了材料的性能。為了改變這一情況,我們采用在泡沫鎳表面直接生長材料的方法,得到了在泡沫鎳表面生長的NiCo2O4。該材料在1 MKOH+0.5M甲醇溶液中的電流密度達到153.6 mAcm-2,顯然,其性能相比之前的修飾了 Au/NiCo2O4的電極要好。此外,我們進一步在泡沫鎳表面生長的NiCo2O4表面又生長了一層NiFe-層狀雙金屬氫氧化物納米片,構(gòu)建了核殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合物催化劑。其中作為核的NiCo2O4提供了電子通過的路徑,而外部的殼層不僅僅是增大了比表面積,也增加了反應(yīng)的活性位點,同時納米片相互連通也提高了材料的穩(wěn)定性。因此,復(fù)合物在1 M KOH+0.5 M甲醇的溶液中電流密度高達228.4 mA cm-2。通過以上實驗說明,合理構(gòu)建催化劑結(jié)構(gòu),不僅可以提高催化劑的性能,增加了穩(wěn)定性,也降低了催化劑的成本,從而使直接甲醇燃料電池的商品化更進一步。
【學位授予單位】：海南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TB383.1
【圖文】：

ＲＥ）和對電極（Ｃｏｕｎｔｅｒ邋Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ，ＣＥ）組成，在工作電極和對電極之間形成電流，逡逑此即通過電極的電流；參比電極與工作電極之間無電流通過，其主要起的作用是提供逡逑參比電勢。其示意圖如圖２．１所示。本文中所有的測試都是在三電極體系中完成的。逡逑＾￣電化學工作站逡逑對電極—Ｉ邋＼邐｜邐：—工作電極逡逑參比電極＜逡逑電解液逡逑圖２．１二電極體系不意圖逡逑Ｆｉｇ．邋２．１邋Ｔｈｅ邋ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｏｆ邋ｔｈｒｅｅ－ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ邋ｓｙｓｔｅｍ逡逑工作電極是發(fā)生電化學反應(yīng)的地方，是所有電化學測試中的核心區(qū)域，故此，對逡逑工作電極有其特殊的要求，主要有以下幾點：首先，工作電極本身應(yīng)當是惰性的，一逡逑般不與溶劑或者溶質(zhì)發(fā)生反應(yīng)；其次，工作電極在一定的電勢范圍內(nèi)保持穩(wěn)定，不會逡逑發(fā)生較大的改變；最后，工作電極表面應(yīng)當是易于清潔，均一平滑的。在測試開始之逡逑前，要對工作電極做適當?shù)奶幚�，以減少在測試過程中的副反應(yīng)的發(fā)生。逡逑１５逡逑

圖３．２邋１＼丨（：0２０４和Ａｕ／ＮｉＣｏ２０４的ＸＲＤ圖

ｖｅｒｓｕｓ邋ｓｃａｎ邋ｒａｔｅｓ邋ｏｆ邋Ａｕ／ＮｉＣ0２0４邋ａｎｄ邋ＩＳｉＣ0２0４邋ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ．逡逑為了表征Ａｕ／ＮｉＣｏ２0４和ＮｉＣｏ２0４在甲醇電催化氧化過程中的特征，首先用ＣＶ逡逑進行測試。圖３．５邋（ａ）和（ｂ）分別表示Ａｕ／ＮｉＣ0２0４和ＮｉＣ0２0４在１邋Ｍ邋ＫＯＨ中不同掃描逡逑速率下的ＣＶ曲線，掃描速率分別為１０，邋２０，邋３０，邋４０，邋５０，邋６０，邋７０，邋８０，邋９０，邋１００ｍＶ＿ｓＨ。逡逑從圖中可以看出，Ａｕ／ＮｉＣｏ２0４和ＮｉＣ0２0４均有一對明顯的氧化還原峰，這氧化還原逡逑峰的主要來源是Ｃｏ２＋／Ｃｏ３＋和Ｎｉ３＋／Ｎｉ２＋的相互轉(zhuǎn)換而造成的電荷轉(zhuǎn)移。這些氧化還原逡逑電對可以作為甲醇電催化氧化的活性中心。在堿性條件下的這個氧化還原反應(yīng)可用下逡逑式表不（Ｃｈｅｎ邋Ｇ．邋ｅ／ｏ／．邋２０１６，邋Ｋｏ邋Ｔ－Ｈ邋２０１７，邋Ｕｍｅｓｈｂａｂｕ邋Ｅ，Ｒａｎｇａ邋Ｒａｏ邋Ｇ邋２０１６）：逡逑ＮｉＣｏ２0４邋＋邋0Ｈ￣邋＋邋Ｈ２0邋？邋ＮｉＯＯＨ邋＋邋２Ｃ0ＯＯＨ邋＋邋２ｅ￣邐（３．１）逡逑ＣｏＯＯＨ邋＋邋０Ｈ￣邋？邋Ｃｏ０２邋＋邋Ｈ２０邋＋邋ｅ￣邐（３．２）逡逑此外，從圖中可知，還可以發(fā)現(xiàn)，電流密度隨著掃描速率的增加而增加。為了探逡逑宄這二者之間更為具體的關(guān)系，將氧化峰、還原峰電流作為縱坐標點，以相應(yīng)的掃描逡逑速率為橫坐標點，從而以散點圖的形式呈現(xiàn)，并對圖中散點線性擬合，就得到了圖３．５逡逑（ｃ）和（ｄ）。圖３．５邋（ｃ）中陽極和陰極過程線性相關(guān)系數(shù)Ｒ２分別為０．９９５９和０．９９８７，逡逑而圖３．５邋（ｄ）中Ａｕ／ＮｉＣ0２0４的Ｒ２分別為０．９９５１和０．９９７０。由此可知

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前3條

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本文編號：2771243