直接甲醇燃料電池(DMFCs)具有能量密度高,可移動性強(qiáng)以及啟動快速等優(yōu)勢得到廣泛關(guān)注。然而,其商業(yè)化進(jìn)程受到核心催化劑高成本與低壽命的限制。針對PtRu陽極催化劑活性與穩(wěn)定性不足的問題,本論文主要從鈦氧化物復(fù)合載體的界面功能化改性與特殊結(jié)構(gòu)合成等方面展開系統(tǒng)研究。采用后摻雜改性方法在弱堿性還原水熱條件下,對商業(yè)二氧化鈦納米粒子(TNPs)進(jìn)行界面功能化改性,得到具有Mo摻雜功能化的界面以及銳鈦礦晶態(tài)內(nèi)核的特殊結(jié)構(gòu)的Mo_xTi_1-xO₂納米粒子(IF-MTNPs)載體。并與XC-72炭黑混合作為復(fù)合載體制備得到PtRu/IF-MTNPs-C催化劑。由于Mo功能化界面與PtRu之間增強(qiáng)的電子相互作用與改性氧化物載體特殊的核殼結(jié)構(gòu),其催化活性提高至0.71 A·mg^-1Pt,是未界面功能化的商業(yè)TNPs-C復(fù)合載體擔(dān)載的PtRu催化劑(PtRu/p-TNPs-C)的3.4倍,同時經(jīng)過1000圈循環(huán)伏安老化測試后其穩(wěn)定性也同步提高了9.3%;為了進(jìn)一步提高改性催化劑的性能,通過一步水熱法由鈦酸四丁酯作為前...

【文章頁數(shù)】：160 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 引言
    1.2 直接甲醇燃料電池概述
    1.3 催化劑失效機(jī)制的研究進(jìn)展
    1.4 擔(dān)載型催化劑鈦基氧化物復(fù)合載體研究概述
        1.4.1 二氧化鈦載體
        1.4.2 二氧化鈦/碳基復(fù)合載體
        1.4.3 不同形貌鈦氧化物復(fù)合載體
        1.4.4 摻雜改性二氧化鈦載體
        1.4.5 非化學(xué)計量鈦氧化物載體
    1.5 其他過渡金屬氧化物復(fù)合載體研究概述
    1.6 本文的主要研究內(nèi)容
第2章 實(shí)驗(yàn)材料與研究方法
    2.1 實(shí)驗(yàn)主要材料與設(shè)備儀器
        2.1.1 實(shí)驗(yàn)主要材料
        2.1.2 實(shí)驗(yàn)主要設(shè)備儀器
    2.2 碳粉預(yù)處理及催化劑制備
        2.2.1 高壓蒸汽預(yù)處理炭黑
        2.2.2 PtRu催化劑的制備
    2.3 催化劑的電化學(xué)測試
        2.3.1 工作電極的制備
        2.3.2 甲醇電氧化測試系統(tǒng)
    2.4 催化劑的物理表征
        2.4.1 X射線衍射(XRD)
        2.4.2 掃描電子顯微鏡(SEM)和電子能譜(EDAX)
        2.4.3 透射電子顯微鏡(TEM)
        2.4.4 X射線光電子能譜(XPS)
        2.4.5 拉曼光譜儀(Raman Spectroscopy)
第3章 界面功能化Mo改性TiO₂復(fù)合載體對PtRu催化性能影響
    3.1 引言
    3.2 后摻雜改性制備界面功能化MTNPs-C擔(dān)載PtRu催化劑
        3.2.1 界面功能化載體MTNPs的合成
        3.2.2 MTNPs載體與PtRu催化劑物理性能表征
        3.2.3 PtRu/IF-MTNPs-C催化劑電化學(xué)性能表征
    3.3 一步水熱合成界面功能化MTNCs-C擔(dān)載PtRu催化劑
        3.3.1 一步法界面功能化載體MTNCs的合成
        3.3.2 MTNCs載體與PtRu催化劑物理性能表征
        3.3.3 PtRu/iMTNCs-C催化劑電化學(xué)性能表征
    3.4 本章小結(jié)
第4章 同步碳包覆與Mo界面功能化對TiO₂擔(dān)載PtRu催化性能影響
    4.1 引言
    4.2 同步碳包覆制備界面功能化C@MTNTs擔(dān)載PtRu催化劑
        4.2.1 界面功能化C@MTNT載體的合成
        4.2.2 C@MTNT載體與PtRu催化劑物理性能表征
        4.2.3 PtRu/C@IF-MTNTs催化劑電化學(xué)性能表征
    4.3 同步包覆與合成界面功能化C@MTNCs擔(dān)載PtRu催化劑
        4.3.1 界面功能化C@MTNCs載體的同步合成
        4.3.2 C@MTNCs載體與催化劑物理性能表征
        4.3.3 PtRu/C@MTNCs-FI催化劑電化學(xué)性能表征
    4.4 本章小結(jié)
第5章 雜氮碳包覆對Mo界面功能化鈦氧化物擔(dān)載PtRu催化性能影響
    5.1 引言
    5.2 天然聚合物殼聚糖衍生的NC@MTNWs擔(dān)載PtRu催化劑
        5.2.1 聚合物衍生的界面功能化NC@MTNWs載體合成
        5.2.2 NC@MTNWs載體與PtRu催化劑物理性能表征
        5.2.3 PtRu/NC@MTNWs-FI催化劑電化學(xué)性能表征
    5.3 不同氮含量聚合物對PtRu/NC@MTNWs結(jié)構(gòu)與性能影響
    5.4 本章小結(jié)
第6章 貴金屬/功能化鈦氧化物界面吸附態(tài)的電子結(jié)構(gòu)分析
    6.1 引言
    6.2 Pt/TiO₂吸附態(tài)的確定與界面電子結(jié)構(gòu)
        6.2.1 Pt/TiO₂吸附態(tài)的計算建模與參數(shù)設(shè)定
        6.2.2 Pt/TiO₂吸附態(tài)的幾何優(yōu)化與結(jié)構(gòu)弛豫
        6.2.3 Pt/TiO₂吸附態(tài)的界面電子結(jié)構(gòu)
    6.3 Pt/Ti_0.75Mo_0.25O₂頂端吸附態(tài)的DFT分析
        6.3.1 Pt/Ti_0.75Mo_0.25O₂頂端吸附態(tài)的幾何優(yōu)化與結(jié)構(gòu)弛豫
        6.3.2 Pt/Ti_0.75Mo_0.25O₂頂端吸附態(tài)的界面電子結(jié)構(gòu)
    6.4 本章小結(jié)
結(jié)論
創(chuàng)新點(diǎn)
展望
參考文獻(xiàn)
攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其他成果
致謝
個人簡歷



本文編號：3785982