PtCr合金電催化劑的制備及其對甲醇、乙醇電催化性能研究
發(fā)布時間：2021-11-16 23:48
近年來,圍繞甲醇、乙醇作為燃料的直接醇類燃料電池（DAFCs）展開了廣泛的學術研究。然而,制約DAFCs發(fā)展的主要問題之一是電催化劑性能不佳。由于甲醇、乙醇的電催化氧化反應比較復雜,C-C、C-O化學鍵的斷裂在Pt催化劑的催化下難以徹底進行,燃料中的能量不能完全釋放,致使DAFCs使用效率降低。（1）本論文采用一步法碳化成功制備了 PtCr/C納米合金陽極電催化劑,并使用X射線衍射（XRD）、場發(fā)射掃描電鏡（FESEM）、透射電鏡（TEM）、X射線光電子能譜（XPS）等物理表征手段對電催化劑的微觀形貌、晶體結(jié)構以及表面化學狀態(tài)進行結(jié)構表征。結(jié)果表明,PtCr/C納米合金電催化劑內(nèi)部同時存在兩種物相結(jié)構——CrPt與Cr3C2,并且載體成分中的碳呈石墨化。催化劑在FESEM觀察下表現(xiàn)出的粒徑尺寸均在62 nm左右,且分布均勻。CV法等電化學分析技術對PtCr/C納米合金電催化劑的電化學催化活性、穩(wěn)定性與抗CO中毒能力進行深入分析。其中,PtCr/C-45%催化劑展現(xiàn)出最優(yōu)的MOR/EOR電化學催化活性與抗CO中毒能力,其MOR峰電流密度為603.74 mA mg-1Pt,EOR中的峰電流...
【文章來源】：遼寧科技大學遼寧省
【文章頁數(shù)】：55 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
直接甲醇燃料電池（DMFCs）工作原理示意圖[5]
的位置上，分別了出現(xiàn)的衍射峰，對應于 CrPt 合金化合物的（110），（111）和（002）晶面，由此可以充分證實 CrPt 合金晶體結(jié)構的形成，而不是簡單的 Pt、Cr 兩種成分體相接觸。XRD 圖中沒有發(fā)現(xiàn)任何金屬 Cr 或含 Cr 氧化物的衍射峰，說明 Cr 成分已經(jīng)完全被碳化或與 Pt 結(jié)合形成 CrPt 合金相。CrPt 和 Cr3C2 的平均晶粒尺寸可由謝勒公式（式 3.1）計算得出，計算結(jié)果記入表 3.1 中， D = （3.1） 其中 λ 代表 X 射線的波長（本實驗使用 Cu 靶，波長為 0.15418 nm），θ 為與出現(xiàn)的每個衍射峰相對應的衍射角，β 是各個衍射峰與之對應的半波峰寬，K則為常數(shù)值（K 取 0.89）。
3.PtCr/C納米合金電催化劑結(jié)構及電化學性能分析20圖3.2PtCr/C納米合金催化劑的Raman光譜Fig.3.2RamanspectraofPtCr/Cnanoalloyelectrocatalysts.PtCr/C納米合金催化劑成分的表面化學狀態(tài)，通過X射線光電子能譜（XPS）來表征。從圖3.3中可以看出，所有的催化劑只有大部分呈PtⅡ價態(tài)的前驅(qū)體在合成過程中被還原為Pt0，以金屬態(tài)存在。其余PtⅡ的存在的原因，可能是由于在反應過程中未被徹底還原的Pt。因此，Pt04f5/2和Pt04f7/2的衍射強度明顯高于PtⅡ4f5/2和PtⅡ4f7/2。通過擬合后的分峰數(shù)據(jù)計算，Pt0物種的峰面積分別占Pt4f價帶能譜總峰面積的61.01ca.%，61.62ca.%和62.52ca.%。每組樣品的Pt0物種峰面積均比商業(yè)Pt/C催化劑（54.5%）要高，說明本方法制備的催化劑具有比商業(yè)Pt/C催化劑更高的Pt0含量。Pt0物種含量較高，對CO分子有較弱的親和力，擁有較強的抗CO中毒能力。圖3.3PtCr/C納米合金催化劑的Pt4f能級XPS分析（a）PtCr/C-30%、（b）PtCr/C-45%、（c）PtCr/C-60%Fig.3.3XPSspectraofthePtCr/Cnanoalloyelectrocatalysts(a)30%,(b)45%and(c)60%inthePt4fregion.
【參考文獻】：
期刊論文
[1]直接甲醇燃料電池非貴金屬陽極催化劑研究進展[J]. 于曉穎,張杰. 中國粉體工業(yè). 2018(01)
[2]直接乙醇燃料電池陽極催化劑Pt-CeO2/C的制備與性能表征[J]. 郭瑞華,張捷宇,周國治,安勝利,莫逸杰. 稀有金屬材料與工程. 2018(01)
[3]Effect of CeO2-ZrO2 on Pt/C electrocatalysts for alcohols oxidation[J]. 王青春,劉振朋,安勝利,王瑞芬,王艷玲,徐拓. Journal of Rare Earths. 2016(03)
[4]多壁碳納米管負載鉑立方體的制備及對乙醇電催化氧化性能[J]. 李艷艷,饒路,姜艷霞,劉子立,賀春蘭,張斌偉,孫世剛. 高等學�；瘜W學報. 2013(02)
[5]微波法合成PtMox/C催化劑及其甲醇電氧化催化性能[J]. 杜娟,原鮮霞,余江虹,馬紫峰. 電源技術. 2007(11)
博士論文
[1]燃料電池電極反應機理及低鉑催化劑的研究[D]. 駱明川.北京化工大學 2016
[2]直接乙醇燃料電池新型陽極催化劑的研究[D]. 張新衛(wèi).北京交通大學 2011
本文編號：3499800
【文章來源】：遼寧科技大學遼寧省
【文章頁數(shù)】：55 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
直接甲醇燃料電池（DMFCs）工作原理示意圖[5]
的位置上，分別了出現(xiàn)的衍射峰，對應于 CrPt 合金化合物的（110），（111）和（002）晶面，由此可以充分證實 CrPt 合金晶體結(jié)構的形成，而不是簡單的 Pt、Cr 兩種成分體相接觸。XRD 圖中沒有發(fā)現(xiàn)任何金屬 Cr 或含 Cr 氧化物的衍射峰，說明 Cr 成分已經(jīng)完全被碳化或與 Pt 結(jié)合形成 CrPt 合金相。CrPt 和 Cr3C2 的平均晶粒尺寸可由謝勒公式（式 3.1）計算得出，計算結(jié)果記入表 3.1 中， D = （3.1） 其中 λ 代表 X 射線的波長（本實驗使用 Cu 靶，波長為 0.15418 nm），θ 為與出現(xiàn)的每個衍射峰相對應的衍射角，β 是各個衍射峰與之對應的半波峰寬，K則為常數(shù)值（K 取 0.89）。
3.PtCr/C納米合金電催化劑結(jié)構及電化學性能分析20圖3.2PtCr/C納米合金催化劑的Raman光譜Fig.3.2RamanspectraofPtCr/Cnanoalloyelectrocatalysts.PtCr/C納米合金催化劑成分的表面化學狀態(tài)，通過X射線光電子能譜（XPS）來表征。從圖3.3中可以看出，所有的催化劑只有大部分呈PtⅡ價態(tài)的前驅(qū)體在合成過程中被還原為Pt0，以金屬態(tài)存在。其余PtⅡ的存在的原因，可能是由于在反應過程中未被徹底還原的Pt。因此，Pt04f5/2和Pt04f7/2的衍射強度明顯高于PtⅡ4f5/2和PtⅡ4f7/2。通過擬合后的分峰數(shù)據(jù)計算，Pt0物種的峰面積分別占Pt4f價帶能譜總峰面積的61.01ca.%，61.62ca.%和62.52ca.%。每組樣品的Pt0物種峰面積均比商業(yè)Pt/C催化劑（54.5%）要高，說明本方法制備的催化劑具有比商業(yè)Pt/C催化劑更高的Pt0含量。Pt0物種含量較高，對CO分子有較弱的親和力，擁有較強的抗CO中毒能力。圖3.3PtCr/C納米合金催化劑的Pt4f能級XPS分析（a）PtCr/C-30%、（b）PtCr/C-45%、（c）PtCr/C-60%Fig.3.3XPSspectraofthePtCr/Cnanoalloyelectrocatalysts(a)30%,(b)45%and(c)60%inthePt4fregion.
【參考文獻】：
期刊論文
[1]直接甲醇燃料電池非貴金屬陽極催化劑研究進展[J]. 于曉穎,張杰. 中國粉體工業(yè). 2018(01)
[2]直接乙醇燃料電池陽極催化劑Pt-CeO2/C的制備與性能表征[J]. 郭瑞華,張捷宇,周國治,安勝利,莫逸杰. 稀有金屬材料與工程. 2018(01)
[3]Effect of CeO2-ZrO2 on Pt/C electrocatalysts for alcohols oxidation[J]. 王青春,劉振朋,安勝利,王瑞芬,王艷玲,徐拓. Journal of Rare Earths. 2016(03)
[4]多壁碳納米管負載鉑立方體的制備及對乙醇電催化氧化性能[J]. 李艷艷,饒路,姜艷霞,劉子立,賀春蘭,張斌偉,孫世剛. 高等學�；瘜W學報. 2013(02)
[5]微波法合成PtMox/C催化劑及其甲醇電氧化催化性能[J]. 杜娟,原鮮霞,余江虹,馬紫峰. 電源技術. 2007(11)
博士論文
[1]燃料電池電極反應機理及低鉑催化劑的研究[D]. 駱明川.北京化工大學 2016
[2]直接乙醇燃料電池新型陽極催化劑的研究[D]. 張新衛(wèi).北京交通大學 2011
本文編號：3499800
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