發(fā)布時間：2018-04-13 01:11

  本文選題：直接醇類燃料電池 + Pd基納米催化劑��； 參考：《河南師范大學》2015年碩士論文

【摘要】：燃料電池是一種適應未來能源和環(huán)境要求的理想電源,目前已經在交通工具、手機電源等行業(yè)示范性應用,并受到了越來越廣泛的關注。然而新型燃料電池催化劑鉑的昂貴價格是制約其產業(yè)化的主要障礙之一,因此,探討如何降低催化劑的成本、提高催化劑的活性是該領域目前的研究熱點。這就需要從以下兩方面入手:第一,對催化劑金屬進行微觀結構和表面性質上的優(yōu)化,提高其催化活性。第二,構筑高性能的催化劑載體,它不僅直接影響催化劑的粒徑、分散度、活性及穩(wěn)定性,而且影響催化層的導電性、傳質及電化學比表面積等。本論文旨在以開發(fā)利用氮摻雜碳材料載體入手,著重研究載體的表面結構,以便改善載體表面化學惰性,并且設計合成不同微觀結構的Pd基納米晶,使其均勻地負載在載體表面,以提高催化劑的催化活性和利用率,為提高直接醇類燃料電池陽極催化劑的性能提供理論依據(jù)。本文分別合成了氮摻雜碳納米管、氮摻雜石墨烯、鈷氮共摻雜碳的空殼結構三類系列變化的氮摻雜碳材料,并以其為主要載體,在其表面設計合成不同微觀結構的Pd基納米晶,分別研究了不同載體對鈀納米晶的形貌、粒徑以及電催化性能的影響,并探討了其影響規(guī)律。本論文的主要內容有以下幾個方面:一、概述了燃料電池的研究現(xiàn)狀、電極催化劑以及催化劑載體的研究進展,闡述了當前燃料電池催化劑研究存在的問題、本文的研究目的及研究內容。二、以聚吡咯作為氮源對碳納米管進行氮摻雜,改變了碳納米管表面的惰性狀態(tài),使得貴金屬催化劑顆�？梢栽谄浔砻婢鶆蚋街�,并通過一步水熱法合成了氮摻雜碳納米管復合鈀銅合金納米空殼催化劑,提高了Pd的利用效率,改善了其催化活性。結果表明,氮原子已成功摻雜于碳納米管表面,氮摻雜類型以吡啶型和石墨型為主,并且合成的鈀銅合金納米空殼結構具有良好的分散性,其平均直徑大約是50 nm。電化學測試表明氮摻雜碳納米管負載鈀銅合金納米立方空殼催化劑對不同醇類電氧化均表現(xiàn)出良好的催化活性及穩(wěn)定性。三、分別使用三聚氰胺,聚吡咯和聚苯胺作為氮源合成了一系列的氮摻雜石墨烯,并通過一步無模板法合成了氮摻雜石墨烯負載鈀銅合金納米立方空殼催化劑。不同的氮源提供了不同的氮摻雜特征,并對不同的氮摻雜類型(吡啶型N,吡咯型N和石墨型N)對鈀銅合金納米立方空殼催化劑結構形貌及電性能的影響進行了系統(tǒng)研究。結果表明所制備的鈀銅合金納米立方空殼(直徑約50 nm)負載于氮摻雜石墨烯上分散性良好,并且氮元素在石墨烯載體上的分布也很均勻。電化學表征顯示氮摻雜石墨烯負載鈀銅合金納米立方空殼催化劑對醇氧化具有卓越的催化活性與穩(wěn)定性。四、以乙二胺四乙酸(EDTA)和三聚氰胺為氮源合成了氮摻雜石墨烯,并以此為載體采用原位還原法制備了Pt修飾的Pd Cu合金復合催化劑。結果表明,所合成的氮摻雜石墨烯具有較大的比表面積,與催化劑顆粒產生較大的接觸面積,具有更強的載體-金屬相互作用,Pt修飾的Pd Cu合金上,Pt原子大量沉積在催化劑表面,可以有效地提高催化劑活性。電化學性質測試表明,該催化劑顯示出較好的催化活性和穩(wěn)定性。五、以三聚氰胺做氮源,甲醛為碳源,乙酸鈷為金屬前驅體,通過無模板法實現(xiàn)了具有蛋黃-蛋殼結構特征的鈷氮共摻雜碳材料(Co-N-CMs)的可控合成,并以此為載體負載Pd催化劑。結果表明,所合成的鈷氮共摻雜碳材料具有較大的比表面積,可使擔載金屬納米晶具有良好的分散性,并顯示出較強的協(xié)同催化效應。
[Abstract]:Fuel cell is an ideal source of energy and environment to adapt to the requirements of the future, at present already in transportation, power and other industries mobile phone application, and has attracted more and more attention. However, the expensive new catalyst platinum fuel cell is one of the major obstacles to its industrialization so, discusses how to reduce the catalyst the cost, increase the activity of the catalyst is the current research hotspot in the field. This requires from the following two aspects: first, optimize the microstructure and surface properties of the metal catalyst, improve its catalytic activity. Second, to build a high performance catalyst carrier, which not only affects the catalyst particle size, dispersion the activity and stability, but also, affect the conductivity of the catalytic layer, mass transfer and electrochemical surface area. This thesis aims to the development and utilization of nitrogen doped carbon materials with the carrier, focusing on The surface of the carrier structure, so as to improve the chemical inert carrier surface, and the design and synthesis of different microstructures of Pd based nanocrystalline, which are uniformly loaded on the surface of the carrier, in order to improve the catalytic activity of the catalyst and utilization, provide a theoretical basis for improving the performance of the anode catalyst of direct methanol fuel cell. This paper studied the synthesis of nitrogen doped carbon nanotubes, nitrogen doped graphene, nitrogen doped carbon materials of shell structure of cobalt and nitrogen Co doped carbon three series of changes, which is the main carrier of the synthesis of different microstructure of nanocrystalline Pd based design on the surface of different carrier palladium nanocrystals were studied in morphology, particle size and catalytic performance the effect, and discusses its influence. The main contents of this paper are the following aspects: first, summarizes the research status of fuel cell, electrode catalyst and research progress of catalyst carrier, The paper discusses the existing problems of fuel cell catalysts, the research goal and the research content of this paper. Two, with polypyrrole as nitrogen source on nitrogen doped carbon nanotubes, changed the inert state on the surface of the carbon nanotube, the noble metal catalyst particles can be attached on the surface of uniform, and through a one-step hydrothermal synthesis of nitrogen doped carbon nanotube composite palladium copper alloy shell nano catalyst, improve the utilization efficiency of Pd and improve its catalytic activity. The results showed that the nitrogen atom has been successfully doped into the surface of carbon nanotubes, nitrogen doped type with pyridine type and graphite, and the synthesis of palladium copper alloy shell nano structure has good dispersion, the the average diameter is about 50 nm. electrochemical tests showed that the nitrogen doped carbon nanotubes supported palladium copper alloy nano cubic shell catalyst on different alcohols electrooxidation showed good catalytic The activity and stability. Three, respectively, the use of melamine, polypyrrole and polyaniline as a nitrogen source for the synthesis of nitrogen doped graphene series, and through a one-step template free nitrogen doped graphene supported palladium copper alloy nano cubic shell catalyst synthesis. The nitrogen source with different nitrogen doped different characteristics, and the different the nitrogen doping type (pyridine type N, type N and type N graphite pyrrole) of palladium copper alloy nano cubic shell catalyst structure morphology and electrical properties were studied. The results show that the prepared palladium copper alloy nano cubic shell (diameter 50 nm) supported on nitrogen doped graphene dispersion well, and the distribution of nitrogen in the graphene on the carrier is very uniform. The electrochemical characterization of nitrogen doped graphene supported palladium copper alloy nano cubic shell catalyst has excellent catalytic activity and stability for methanol oxidation. Four, With ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) and melamine as nitrogen source for the synthesis of nitrogen doped graphene, and as the carrier by in situ Pd Cu alloy composite modified Pt catalyst prepared by reduction method. The results showed that the synthesis of nitrogen doped graphene has a larger surface area, have larger contact area with the catalyst particles, with stronger carrier metal interaction, Pd Cu alloy modified by Pt, Pt atoms deposited on the catalyst surface, can effectively improve the catalyst activity. The electrochemical characterization showed that the catalyst showed good catalytic activity and stability. Five, using melamine as nitrogen source, formaldehyde as carbon source for metal cobalt acetate the precursor cobalt nitrogen by template free method is realized with the yolk shell structure of Co doped carbon materials (Co-N-CMs) controlled synthesis, and as a supported Pd catalyst. The results show that the Institute The cobalt and nitrogen Co doped carbon materials have larger specific surface area, which can make the supported metal nanocrystals have good dispersion and exhibit strong synergistic catalytic effect.

【學位授予單位】：河南師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：O643.36;TM911.4

【共引文獻】

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本文編號：1742255