發(fā)布時間：2020-05-07 03:08

【摘要】：近年來,由于化石燃料的不可再生以及對環(huán)境造成的污染,新能源成為了近期研究的熱點。燃料電池由于能量轉化不受卡諾循環(huán)的限制,同時對環(huán)境友好的特點,具有良好的應用前景。但燃料電池性能的影響因素很多,陰極氧還原催化劑的性能是燃料電池性能的關鍵問題之一,近年來也是燃料電池研究的熱點。而陰極氧還原催化劑的主要研究方向是,合成鉑與其他金屬的合金,以有效降低金屬鉑的用量,同時在一定程度上提高催化劑的催化活性。本論文主要研究內容如下:(1)采用乙二醇還原法制備PtCu/C合金催化劑。乙二醇還原法具有制備步驟少、原料便宜、產物環(huán)保、制備條件溫和,合成效率高等特點。通過XRD、ICP-AES、TEM、EDS、XPS等表征手段對制備的催化劑進行表征,結果表明制備的PtCu/C催化劑為合金結構。同時采用循環(huán)伏安法對催化劑的電化學性能進行表征。在室溫,0.1 mol/L的HC104的酸性條件下,測得PtCu/C催化劑在0.9 V時的電化學活性面積(ESCA)為85.12 m2/gPt,優(yōu)于商業(yè)化Pt/C(74.52 m2/gPt)。同時通過CO吸脫附實驗,測得PtCu/C催化劑比商業(yè)化的Pt/C催化劑具有更好的抗CO中毒性能。同時,PtCu/C的質量比活性(MA)為57.78 mA/mgPt,大于商業(yè)化Pt/C(52.83 mA/mgPt),說明PtCu/C催化劑有著優(yōu)異的性能。(2)由于PtCu/C合金催化劑易生長,性能良好,可有效降低Pt的用量,因此選擇以PtCu/C合金催化劑為基礎,來制備性能更為優(yōu)異的三元合金催化劑,本論文通過實驗探索,在PtCu/C合金催化劑的基礎上,加入過渡金屬前驅體,最后成功制備了性能更為優(yōu)異的PtCuNi/C。通過XRD、ICP-AES、TEM、EDS、XPS等表征手段對合成的三元合金催化劑進行表征,結果表明PtCuNi/C催化劑具有合金結構。通過循環(huán)伏安法對催化劑的電化學性能進行表征,PtCuNi/C的活性面積為113.46 m2/gPt,是商業(yè)化Pt/C(74.52 m2/gPt)的1.5倍左右。而且PtCuNi/C的質量比活性為367.25 mA/mgPt,是商業(yè)化Pt/C的7倍左右。Cu、Ni原子的摻雜,產生晶格應變和表面電子配體效應,使Pt-Pt原子間距縮短,有利于02在催化劑表面的吸附和解離,從而提高催化劑的氧還原性能。(3)探索PtCo/C催化劑的合成方法及影響因素,比較了不同投料比的PtCo/C納米顆粒的合成,結合旋轉圓盤電極、TEM、ICP-AES等實驗手段對催化劑進行篩選,和相應Pt含量的商業(yè)化Pt/C催化劑對比后,制備成MEA,組裝到H2/O2燃料電池中測試性能。
【圖文】：

ＰＥＭＦＣ可以在較低的溫度下工作，滿足日常生活工作環(huán)境下的需求；（５）逡逑快速啟動，響應時間短，缺點在于對燃料中的雜質敏感。逡逑質子交換膜燃料電池的工作原理如圖１．１所示。在陽極，ＰＥＭＦＣ邋—般采用逡逑氣態(tài)的氫氣和液態(tài)的小分子作為燃料＃１８］，如甲酸、甲醇等。研宄最多的是甲逡逑醇燃料電池１１７＿１９］。在陰極，一般采用空氣或者氧氣作為氧化劑。ＰＥＭＦＣ的反應逡逑原理是燃料在陽極反應生成質子和電子，電子經外電路到達陰極，氧化劑在陰極逡逑與通過質子交換膜的質子反應在陰極表而生成水。ｉ�。闃O反應方程式如下：逡逑陽極：邐Ｈ２邋—２ＨＷ逡逑陰極：邐］／２０２邋＋邋２Ｈ４邋＋２ｅ—邋—邋１邋ｂ0逡逑總反應：邐Ｈ２＋邋ｌ／２0２＾Ｈ：０逡逑雖然質子交換膜燃g摰緋鼐哂械透礎⒌臀廴盡⒏吣芘套屎凸ぷ魑露鵲灣義系撓諾�，但Q嬍幣不勾嬖諞籘p問題。主要奮燃料電池技術價格過于昂貴，無法達逡逑到實際應用的水平，Ｎａｆｉｏｎ膜、含Ｐｔ催化劑的價格很島，水ｆｔ？理反雜、酸性條逡逑件下反應慢等。因此，研宄質子交換膜燃料電池陽極和陰極的屯池反應機理，探逡逑索催化劑的作用機理尤為紙要．從而開發(fā)出更穩(wěn)定、更高效的質了？交換膜燃料電逡逑池電催化劑。逡逑６逡逑

Ｓｒｅｅｋｕｔｔａｎ邋Ｍ．ＵｉＷ４６＇４７１等采用炭黑為載體，采用該方法制備了邋Ｐｔ／Ｃ催化劑，逡逑用聚吡咯（ＰＰｙ）優(yōu)化處理，最終金屬Ｐｔ粒子沉積在炭黑表面，制備的Ｐｔ／Ｃ催逡逑化劑分散均勻，且活性較高。如圖１．２，邋ＰＰｙ可以對炭黑表面進行處理，減少金逡逑屬Ｐｔ粒子沉淀到炭黑表面的限制區(qū)域，，使金屬Ｐｔ粒子分散均勻。這種方法的擴逡逑大了三相邊界，可以使Ｐｔ粒子與Ｎａｆｉｏｎ膜直接接觸，減少了空間上接觸的阻力，逡逑有助于提升Ｐｔ／Ｃ催化劑的性能。逡逑Ｕ”＇、邐Ｉ＊ｌ／Ｃ邋ＩＭＳ逡逑圖１．２沉積－沉淀法制備Ｐｔ／Ｃ催化劑示意圖逡逑Ｆｉｇ．１．２邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ－ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ邋ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋Ｐｔ／Ｃ邋ｃａｔａｌｙｓｔｓ逡逑１．４．２膠體法逡逑膠體法是先在聚電解質（ＰＶＡ，ＰＶＰ等）保護劑的作用下得到種子膠體溶液，逡逑然后將金屬前驅體加入到種子膠體溶液中，Ｍ后反應．生成殼。聚電解質分子體積逡逑較大，可以避免金屈納米粒子之間的相互接觸聚染成核從而有效的將納米粒子分逡逑散。該方法的制備步驟需耍先制備衍到金屈或者金），４化物膠體溶液，之耵負載逡逑在碳載體上，得到所；丨彳的催化劑［４７１。逡逑１．４．３溶膠－凝膠法逡逑溶膠一凝膠法的原理足將金屬前驅體化合物
【學位授予單位】：廈門大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：O643.36;TM911.4

【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

1 張慶堂;吳坤堯;龔珍彬;張斌;張俊彥;;以環(huán)戊二烯為碳源制備類富勒烯結構碳基薄膜的結構及力學性能[J];中國表面工程;2014年04期

2 嚴澤宇;李冰;楊代軍;馬建新;;質子交換膜燃料電池Pt納米線電催化劑研究現(xiàn)狀[J];催化學報;2013年08期

3 張潔;唐水花;廖龍渝;郁衛(wèi)飛;;低溫燃料電池非鉑催化劑研究進展[J];催化學報;2013年06期

4 魏旭芳;陳維民;;浸漬還原法對DMFC陽極催化劑的影響[J];沈陽理工大學學報;2011年02期

5 董明全;張華民;馬海鵬;邱艷玲;;質子交換膜燃料電池用梯度結構氣體擴散電極[J];電池;2010年04期

6 章冬云;吳曦;馬紫峰;Levi T.THAMPSON;;基于碳化鉬的燃料電池陰極催化劑的制備及其作用機理[J];催化學報;2009年04期

7 徐燕,田建華,張燦,單忠強;無機膠體法制備Pt/C催化劑及其性能表征[J];無機化學學報;2005年10期

8 俞守耕;低溫燃料電池電催化劑的研究近況[J];電源技術;2004年12期

9 陳衛(wèi)祥,LEE,Jim-Yang,劉昭林;微波合成碳負載納米鉑催化劑及其對甲醇氧化的電催化性能[J];化學學報;2004年01期

10 劉明義,何源清,毛宗強,謝曉峰;質子交換膜燃料電池陽極電催化劑CO中毒機理[J];電源技術;2002年S1期

相關碩士學位論文 前1條

1 朱磊;基于石墨烯和碳納米管的氧還原催化劑的研究[D];南京大學;2011年

本文編號：2652332