本文關(guān)鍵詞：脈沖電沉積法制備燃料電池核殼結(jié)構(gòu)低鉑催化劑的研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：以質(zhì)子交換膜燃料電池為代表的低溫燃料電池具有轉(zhuǎn)換效率高、工作條件溫和、室溫條件下快速啟動等優(yōu)點(diǎn),是理想的汽車動力電源及便攜式移動電源,具有非常廣闊的應(yīng)用前景。目前,Pt基納米材料經(jīng)常被用作陽極和陰極反應(yīng)的電催化劑,然而,作為一種貴金屬,鉑不但價(jià)格昂貴,而且在自然界中儲量稀少,由此而導(dǎo)致的高昂成本阻礙著燃料電池的商業(yè)化發(fā)展。核殼結(jié)構(gòu)催化劑是近年來新出現(xiàn)的一種低鉑催化劑,這類催化劑通常采用相對價(jià)廉的金屬納米粒子作核,然后在其表面覆蓋單原子層或者多原子層的鉑(或鉑合金),可實(shí)現(xiàn)大幅度減少Pt的使用量并有效降低燃料電池的成本,被譽(yù)為質(zhì)子交換膜燃料電池實(shí)現(xiàn)規(guī)�；a(chǎn)的希望所在。因此,近十幾年來,核殼結(jié)構(gòu)低鉑催化劑的研究和開發(fā)已成為燃料電池領(lǐng)域內(nèi)的熱點(diǎn)研究課題。本文使用脈沖電沉積技術(shù),探索了核殼結(jié)構(gòu)低鉑催化劑的放大制備工藝,并對放大制備得到的催化劑在低溫燃料電池陽極和陰極中電催化性能進(jìn)行了研究;同時(shí),還使用玻碳電極制備了以釕合金為核、以氮化石墨烯為載體的Ru_3M@Pt/NrGO(M=Fe,Co,Ni,Cu)核殼結(jié)構(gòu)催化劑,并考察了這些催化劑的甲醇氧化反應(yīng)催化活性。在此基礎(chǔ)上,本文還采用X射線衍射(XRD)、電鏡技術(shù)(TEM)、熱重分析(TGA)、旋轉(zhuǎn)圓盤電極技術(shù)(RDE)等測試手段對制得的催化劑進(jìn)行了表征。首先,采用高壓有機(jī)溶膠法制備了Pd/C,金屬含量為20 wt.%,平均粒徑為4.7 nm的核粒子,然后以一定濃度的氯鉑酸為前驅(qū)體電解液,以一定濃度的三水合檸檬酸鈉為絡(luò)合劑,以一定濃度的硫酸鈉為支持電解質(zhì),PVP為添加劑,毫克級規(guī)模采用脈沖電沉積方法制備了Pd@Pt/C催化劑。制得的Pd@Pt/C催化劑的電化學(xué)活性比表面積(ECSA)為115.58 m2/g,高于商業(yè)JM Pt/C催化劑(55.4 m2/g),且還原峰電位發(fā)生了正移。對于氧還原反應(yīng),Pd@Pt/C催化劑的Pt質(zhì)量活性可達(dá)JM Pt/C催化劑的3倍。第二,分別采用高壓有機(jī)溶劑法、浸漬法、NaBH4還原法制備了Pd/C、Ru/C、PdRu/C作為核殼結(jié)構(gòu)催化劑的核,金屬總含量均為20 wt.%(配料含量),然后以一定濃度的亞氯鉑酸鉀為前驅(qū)體電解液,以一定濃度的三水合檸檬酸鈉為絡(luò)合劑,以一定濃度的硫酸鈉為支持電解質(zhì),PVP為添加劑,開展了克級規(guī)模脈沖電沉積放大制備PdRu@Pt/C、Pd@Pt/C、Ru@Pt/C催化劑的研究�？疾炝嗣}沖頻率、通斷比(ton/toff)、沉積時(shí)間、溶劑等對于制備的催化劑的性能的影響。制得的PdRu@Pt/C(0.615 V)、Pd@Pt/C(0.595 V)的還原曲線半波電位比JM Pt/C(0.585 V)催化劑的分別正移了20 mV和10 mV;PdRu@Pt/C(0.3 A/gPt)、Pd@Pt/C(0.254 A/gPt)催化劑的ORR單位鉑質(zhì)量活性均比JM Pt/C(0.2 A/gPt)催化劑的高;Ru@Pt/C催化劑的表觀活性與商業(yè)催化劑有一定的差距,ORR單位質(zhì)量活性與商業(yè)催化劑相當(dāng)。第三,采用浸漬法制備了氮化石墨烯負(fù)載的釕合金的納米粒子(Ru_3M/NrGO(M=Fe,Co,Ni,Cu)),金屬含量為30 wt.%(配料含量)。以一定濃度的二氯四氨合鉑為前驅(qū)體電解液,一定濃度的三水合檸檬酸鈉為絡(luò)合劑,一定濃度的硫酸鈉為支持電解質(zhì),采用恒電流脈沖沉積法制備系列Ru_3M@Pt/NrGO(M=Fe,Co,Ni,Cu)催化劑,并考察這些催化劑對甲醇氧化性能的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn),Ni的添加可以提高Ru@Pt/NrGO催化劑的甲醇的氧化能力。
【關(guān)鍵詞】：低溫燃料電池 核殼結(jié)構(gòu)催化劑 氧還原反應(yīng) 甲醇氧化
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(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5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 緒論12-27
• 1.1 低溫燃料電池概述12-13
• 1.1.1 低溫燃料電池的發(fā)展12-13
• 1.1.2 低溫燃料電池的分類13
• 1.2 低溫燃料電池基本結(jié)構(gòu)和工作原理13-15
• 1.3 低溫燃料電池的優(yōu)點(diǎn)和應(yīng)用前景15-16
• 1.4 低溫燃料電池核殼結(jié)構(gòu)催化劑的研究現(xiàn)狀16-25
• 1.4.1 核殼結(jié)構(gòu)催化劑核的組成及結(jié)構(gòu)16
• 1.4.2 核殼結(jié)構(gòu)催化劑的制備技術(shù)16-25
• 1.4.2.1 電化學(xué)法16-20
• 1.4.2.2 種子生長法 (膠體法)20-23
• 1.4.2.3 表面偏析及去合金化法23-24
• 1.4.2.4 其他方法24-25
• 1.5 本課題的研究思路和主要內(nèi)容25-27
• 1.5.1 研究背景和研究思路25-26
• 1.5.2 研究內(nèi)容26-27
• 第二章 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及設(shè)計(jì)27-38
• 2.1 主要儀器及試劑27-29
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)材料及化學(xué)試劑27-28
• 2.1.2 主要儀器28-29
• 2.2 實(shí)驗(yàn)方法29-32
• 2.2.1 碳載體的前處理29-30
• 2.2.2 催化劑的制備30-31
• 2.2.3 旋轉(zhuǎn)圓盤電極的制備31
• 2.2.4 膜電極的制備31-32
• 2.3 催化劑的結(jié)構(gòu)表征32-34
• 2.3.1 X射線衍射32
• 2.3.2 元素分析（EDS）32
• 2.3.3 電子顯微鏡32-33
• 2.3.4 掃描電子顯微鏡（SEM）33
• 2.3.5 熱重-差熱分析33
• 2.3.6 電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法33-34
• 2.4 催化劑的電化學(xué)活性的評價(jià)34-38
• 2.4.1 循環(huán)伏安法(Cyclic Voltammetry，CV)34-35
• 2.4.2 氧還原電催化反應(yīng)的電化學(xué)表征35-36
• 2.4.3 甲醇氧化電催化反應(yīng)的電化學(xué)表征36
• 2.4.4 單電池性能測試36-38
• 第三章 脈沖沉積技術(shù)放大制備核殼結(jié)構(gòu)催化劑的研究38-58
• 3.1 引言38-39
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分39-40
• 3.2.1 催化劑的制備39-40
• 3.2.2 催化劑的表征40
• 3.2.3 催化劑的電化學(xué)性能測試40
• 3.3 結(jié)果與討論40-57
• 3.3.1 表面活性劑的選擇40-42
• 3.3.2 脈沖通斷比的影響探究42-44
• 3.3.3 不同基底催化劑的影響探究44-46
• 3.3.4 毫克級脈沖制備Pd@Pt/C催化劑的研究46-52
• 3.3.4.1 催化劑的形貌分析46-47
• 3.3.4.2 催化劑的XRD分析47-48
• 3.3.4.3 催化劑的TG分析48-49
• 3.3.4.4 催化劑的電化學(xué)性能49-52
• 3.3.5 克級脈沖制備核殼結(jié)構(gòu)催化劑的研究52-54
• 3.3.6 催化劑的單電池性能54-57
• 3.4 本章小結(jié)57-58
• 第四章 脈沖沉積技術(shù)制備Ru_3M@Pt/NrGO核殼結(jié)構(gòu)催化劑及其甲醇氧化反應(yīng)的研究58-66
• 4.1 引言58
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分58-59
• 4.2.1 催化劑的制備58-59
• 4.2.2 催化劑的表征59
• 4.2.3 催化劑的電化學(xué)性能測試59
• 4.3 結(jié)果與討論59-65
• 4.3.1 催化劑的形貌分析59-61
• 4.3.2 催化劑的XRD分析61-62
• 4.3.3 催化劑的甲醇氧化性能62-65
• 4.4 本章小結(jié)65-66
• 結(jié)論與展望66-68
• 參考文獻(xiàn)68-75
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果75-76
• 致謝76-77
• 附件77

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本文編號：509508