【摘要】：隨著人類社會(huì)的極速發(fā)展,在近百年來傳統(tǒng)的化石能源被大量地消耗達(dá),人們不得不面對(duì)資源嚴(yán)重緊缺的困境。社會(huì)的發(fā)展離不開能源的推動(dòng),在當(dāng)下轉(zhuǎn)型升級(jí)的背后,中國對(duì)能源的依賴更為嚴(yán)重。由此研究發(fā)展新型可再生綠色能源成為我國迫在眉睫的要?jiǎng)?wù)。在眾多的新能源中,直接燃料電池是最為理想的新能源之一,這也是目前電化學(xué)學(xué)科的一大研究熱點(diǎn)。直接乙醇燃料電池通過乙醇的氧化,將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能,這樣的能量轉(zhuǎn)換過程不被卡諾循環(huán)所束縛,由此極大地提高了能量轉(zhuǎn)換效率。作為燃料的乙醇,來源十分廣泛可借由農(nóng)副產(chǎn)品的發(fā)酵得到,有著較好的安全性,方便運(yùn)輸儲(chǔ)存,同時(shí)其本身具有極大的能量,保證了燃料電池的電量輸出。然而直接乙醇燃料電池的陽極乙醇反應(yīng)是一個(gè)較為復(fù)雜的反應(yīng),單純的過渡金屬材料難以促進(jìn)乙醇的氧化反應(yīng),目前的陽極催化劑仍以貴金屬基催化劑為主。同時(shí)在乙醇的點(diǎn)催化氧化過程中,有較多的反應(yīng)中間體生成。這些中間體大多都對(duì)貴金屬催化劑產(chǎn)生毒化作用,從而降低了貴金屬催化劑的電化學(xué)活性以及穩(wěn)定性。為此研究如何降低貴金屬在催化劑中含量,同時(shí)提高催化劑總體的活性以及抗毒化能力是乙醇燃料電池陽極催化劑的一大研究熱點(diǎn)。本文以復(fù)合石墨烯碳材料為載體,在其表面負(fù)載金屬硒化物以及貴金屬Pd,通過金屬硒化物的添加與貴金屬Pd形成有效的協(xié)同作用,從而改善Pd基催化劑在乙醇電催化氧化方面的催化活性以及抗毒化能力。具體研究內(nèi)容如下:(1)通過改進(jìn)Hümmers法,和化學(xué)還原法制備還原石墨烯。以還原石墨烯以及碳納米管為基底,利用水熱法和化學(xué)還原法分別在碳材料上負(fù)載一定量的Co0.85Se和Pd,得到Pd-Co0.85Se/r GOCNT。其在乙醇電催化測(cè)試中表現(xiàn)出良好的催化活性,Pd-Co0.85Se(1:10)/r GOCNT的起峰電位達(dá)到-0.45 V,比Pd/r GOCNT減小0.105 V。在恒電壓-0.3 V中工作30 min后,其剩余電流密度為7.2 m A/cm2,是Pd/r GOCNT的6倍。根據(jù)XPS等表征發(fā)現(xiàn),Co0.85Se能有效調(diào)整Pd的電子結(jié)構(gòu),從而提高催化劑的反應(yīng)活性。(2)以還原石墨烯和碳納米管為載體,通過水熱合成法和Na BH4還原法,分別在碳材料表面上進(jìn)行Ni0.85Se和Pd修飾,制備得到Pd-Ni0.85Se/r GOCNT催化劑,并將其應(yīng)用到乙醇電催化氧化中。通過測(cè)試該催化劑表現(xiàn)出比Pd/r GOCNT更低的起峰電位和更高的峰值電流密度,在恒電壓-0.3 V中工作30 min后,Pd-Ni0.85Se(1:5)/r GOCNT催化劑的剩余電流密度是Pd/r GOCNT的3.9倍。(3)通過兩步合成法,以硝酸鎳、硝酸鐵和硝酸鋅為原料制備雙氫氧化物Ni0.75Fe0.25-LDH和Ni0.75Zn0.25-LDH。再以此為前驅(qū)體,利用水熱合成法在石墨烯碳材料上分別負(fù)載Ni0.75Fe0.25Se2和Ni0.75Zn0.25Se2,最后通過還原法制得Pd-Ni0.75Fe0.25Se2/G和Pd-Ni0.75Zn0.25Se2/G催化劑。在陽極乙醇氧化測(cè)試中,這兩種催化劑均表現(xiàn)出比Pd/G更好的催化活性以及電化學(xué)穩(wěn)定性。本次研究有效的提高了Pd基催化劑在乙醇氧化的催化活性,在直接乙醇燃料電池中,二硒化物有著較好的應(yīng)用前景。
【學(xué)位授予單位】：廣州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TM911.4;TQ127.11;O643.36
【圖文】：

圖 1-1 甲醇氧化的歷程Fig. 1-1 The Process of Methanol Oxidation如上圖所示，從左上到右下的反應(yīng)路徑均可能為甲醇氧化時(shí)的反應(yīng)過程

圖 1-2 Pt 基催化劑上的乙醇氧化反應(yīng)機(jī)理圖Fig. 1-2 Ethonal oxidation reaction on Pt-based catalysts由上圖可以看出，理論上乙醇完全氧化的產(chǎn)物為 CO2，然而實(shí)際上乙醇的氧化反應(yīng)結(jié)果主要受多方面的影響，反應(yīng)生成物除了 CO2還可能生成乙醛和乙

明 Co0.85Se 成功負(fù)載在 rGO&CNT 上。在 Pd-Co0.85Se/rGO&CNT 的 XRD 圖中，Pd 的特征峰同樣與 rGO&CNT 相結(jié)合形成一些更強(qiáng)的特征峰，如從 35°到 45°有著一個(gè)寬而強(qiáng)的特征峰。而在 2θ角為 40.1°處，我們?nèi)阅芸匆粋€(gè)較為明顯的特征峰，這對(duì)應(yīng)的是 Pd 的(111)晶面。綜上所述，Pd-Co0.85Se/rGO&CNT 復(fù)合催化劑較為成功地合成出來。3.3.3 Pd-Co0.85Se/rGO&CNT 的形貌分析

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2806866