本文關(guān)鍵詞：Ni-B非晶態(tài)納米合金電催化氧化甲醇的性能及其動力學(xué)研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：能源和環(huán)境問題是目前各國關(guān)注的焦點(diǎn),自然資源被大量消耗,環(huán)境污染日益嚴(yán)重,因此開發(fā)清潔新能源成為研究的重點(diǎn)。DMFC(甲醇燃料電池)作為潔凈能源之一,具有操作溫度低、噪音低、清潔環(huán)保、能量密度高等優(yōu)點(diǎn),是比較理想的移動電源和固定小型電站,被廣泛研究。Pt基催化劑目前被認(rèn)為是DMFC中活性最好的催化劑,但Pt等貴金屬,易被CO中間體毒化,催化穩(wěn)定性不足,且儲量少,價格昂貴,阻礙了DMFC的商業(yè)化。因此,研究和開發(fā)高活性、低成本、穩(wěn)定性好的陽極電催化劑成為DMFC商業(yè)化的關(guān)鍵。非晶態(tài)合金原子排列長程無序,其表面原子具有配位不飽和度高、鍵位密度大等特點(diǎn),十分有利于反應(yīng)分子的配位吸附,被認(rèn)為是一種高活性、高穩(wěn)定性的催化材料。系統(tǒng)性的研究Ni基非晶態(tài)納米材料甲醇電催化氧化的性能較為缺乏。為此,本文將采用化學(xué)還原法制備不同Ni/B原子比的非晶態(tài)納米粒子,系統(tǒng)探討不同B含量的Ni-B非晶態(tài)合金對甲醇電催化氧化性能的影響。研究結(jié)果如下:物理表征結(jié)果為:本研究所制Ni-B合金樣品屬非晶結(jié)構(gòu),形貌為球形,粒徑約為20 nm,輕微團(tuán)聚。DSC結(jié)果表明,隨著Ni-B合金中B含量的增大,放熱峰的溫度先升高后降低,Ni1B4晶化溫度最高,熱穩(wěn)定性最佳。XPS分析表明,氧元素的含量隨B的增加先減少后增多,Ni1B3非晶態(tài)催化劑的抗氧化性能最佳。B1s的電子結(jié)合能相對于B單質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合能稍有增加,表明合金中B失去部分電子,而Ni電子結(jié)合能降低,富余電子,在Ni-B非晶態(tài)合金中主要成分是Ni2B。另外,合金表面B/Ni的比值小于投入的B/Ni,但隨著B含量的增加總體呈現(xiàn)升高的趨勢。電化學(xué)測試結(jié)果為:Ni-B非晶態(tài)納米合金對甲醇電氧化具有顯著的催化作用,不同催化劑在不同甲醇濃度1.0 M NaOH+x M CH3OH電解液中,都在1.0 M NaOH+1.0 M CH3OH中峰電流最高,催化活性最好。隨B比例的增加,Ni-B非晶態(tài)納米合金催化活性先升高后降低,其中Ni1B4的氧化峰電流最高,催化活性最好。反應(yīng)級數(shù)各不相同,但差別不大。Tafel斜率b相差不大,但Tafel截距a隨著B含量的增加先減小后增大,Ni1B4的a值最小。相同原子比的Ni-B非晶態(tài)納米合金隨著甲醇濃度的增大,反應(yīng)電阻先減小后增大,在1.0 M NaOH+1.0 M CH3OH中的阻值最小,其中Ni1B4的阻值最小,為22.63Ω。計(jì)時電流測試結(jié)果表明,不同原子比的Ni-B非晶態(tài)納米合金反應(yīng)初始都受甲醇氧化中間產(chǎn)物的影響電流快速降低,一段時間后保持穩(wěn)定,顯示出一定的抗CO中毒能力,Ni1B4的抗CO中毒能力較高。在不同原子比的Ni-B非晶態(tài)納米合金上,甲醇電氧化屬擴(kuò)散-動力學(xué)聯(lián)合控制。反應(yīng)活化能約為15.42 KJ。
【關(guān)鍵詞】：Ni-B非晶態(tài)合金 納米粒子 甲醇電氧化 電催化性能
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O643.36;TM911.4
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 緒論10-26
• 1.1 DMFC概述10-16
• 1.1.1 DMFC的工作原理10
• 1.1.2 DMFC的研發(fā)現(xiàn)狀及存在問題10-13
• 1.1.3 DMFC陽極甲醇氧化的機(jī)理13-15
• 1.1.4 小結(jié)15-16
• 1.2 非晶態(tài)合金的特性16
• 1.3 非晶態(tài)合金的制備方法16-17
• 1.3.1 液體驟冷法16
• 1.3.2 化學(xué)還原法16-17
• 1.3.3 電沉積法17
• 1.3.4 發(fā)泡法17
• 1.3.5 本課題所用方法的選擇17
• 1.4 化學(xué)還原法合成非晶態(tài)納米合金的反應(yīng)原理17-18
• 1.4.1 合成Ni-B非晶態(tài)納米合金的反應(yīng)原理17-18
• 1.4.2 合成Ni-P非晶態(tài)納米合金的反應(yīng)原理18
• 1.5 非晶態(tài)納米合金催化劑的應(yīng)用及其優(yōu)勢18-20
• 1.5.1 加氫反應(yīng)18-19
• 1.5.2 氨合成反應(yīng)19
• 1.5.3 脫氫反應(yīng)19-20
• 1.5.4 電催化領(lǐng)域的應(yīng)用20
• 1.5.5 非晶態(tài)納米合金用于催化的優(yōu)勢20
• 1.6 Ni-B非晶態(tài)納米合金用于小分子醇類電氧化的優(yōu)勢20-21
• 1.7 非晶態(tài)納米合金催化劑的改性21-23
• 1.7.1 過渡金屬的摻雜改性21
• 1.7.2 非晶態(tài)納米合金的負(fù)載化21
• 1.7.3 稀土金屬的摻雜改性21-23
• 1.7.4 類金屬的摻雜改性23
• 1.7.5 Ni-B非晶態(tài)納米合金用于甲醇電催化的發(fā)展方向23
• 1.8 本論文的研究思路與主要內(nèi)容23-26
• 1.8.1 研究思路23-24
• 1.8.2 研究內(nèi)容24-26
• 第二章 實(shí)驗(yàn)部分26-30
• 2.1 實(shí)驗(yàn)儀器與試劑26-27
• 2.2 實(shí)驗(yàn)27-28
• 2.2.1 催化劑的制備27
• 2.2.2 碳粉的預(yù)處理27
• 2.2.3 薄膜工作電極的制備27-28
• 2.3 催化劑的物理表征28
• 2.4 催化劑的電化學(xué)表征28-30
• 第三章 Ni-B非晶態(tài)納米粒子的物理化學(xué)表征結(jié)果及討論30-50
• 3.1 Ni-B非晶態(tài)納米粒子的物理表征結(jié)果及討論30-36
• 3.1.1 XRD表征結(jié)果30
• 3.1.2 TEM表征結(jié)果30-32
• 3.1.3 DSC表征結(jié)果32
• 3.1.4 XPS表征結(jié)果32-36
• 3.2 Ni-B非晶態(tài)納米粒子的電化學(xué)表征結(jié)果及討論36-44
• 3.2.1 堿性溶液中的CV測試結(jié)果36-37
• 3.2.2 含有甲醇的堿性溶液中的CV測試結(jié)果37-38
• 3.2.3 甲醇電催化氧化的EIS測試結(jié)果38-39
• 3.2.4 甲醇電催化氧化的CA測試結(jié)果39-40
• 3.2.5 甲醇濃度對甲醇電催化氧化的影響-CV測試結(jié)果40-42
• 3.2.6 甲醇濃度對甲醇電催化氧化的影響-EIS測試結(jié)果42-44
• 3.2.7 溫度對甲醇電催化氧化的影響44
• 3.3 甲醇電催化氧化過程的動力學(xué)參數(shù)44-47
• 3.3.1 Tafel斜率的確定44-45
• 3.3.2 速控步驟的確定45-47
• 3.4 本章小結(jié)47-50
• 第四章 Sm對Ni-B非晶態(tài)納米合金催化性能的影響50-54
• 4.1 Ni-Sm-B非晶態(tài)納米合金的制備及物理表征50
• 4.1.1 Ni-Sm-B非晶態(tài)納米合金的制備50
• 4.1.2 Ni-Sm-B納米合金的XRD表征結(jié)果50
• 4.2 Ni-Sm-B非晶態(tài)納米合金的電化學(xué)表征結(jié)果50-53
• 4.2.1 Ni-Sm-B非晶態(tài)納米合金的CV測試結(jié)果50-51
• 4.2.2 Ni-Sm-B非晶態(tài)納米合金的CA測試結(jié)果51-52
• 4.2.3 Ni-Sm-B非晶態(tài)納米合金的EIS測試結(jié)果52
• 4.2.4 溫度對Ni-Sm-B非晶態(tài)納米合金催化性能的影響52-53
• 4.3 本章小結(jié)53-54
• 第五章 結(jié)論與建議54-56
• 5.1 結(jié)論54
• 5.2 存在問題及建議54-56
• 參考文獻(xiàn)56-66
• 致謝66-68
• 碩士期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文68

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  本文關(guān)鍵詞：Ni-B非晶態(tài)納米合金電催化氧化甲醇的性能及其動力學(xué)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：332526