【摘要】：直接甲醇燃料電池(DMFC)是一種將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化成電能高效、環(huán)保的能量轉(zhuǎn)換裝置,在新能源汽車的動(dòng)力電池等領(lǐng)域有較好的應(yīng)用前景。目前,作為唯一商業(yè)化Pt/C催化劑的催化活性不高、穩(wěn)定性不好,阻礙了其進(jìn)一步推廣應(yīng)用。某些金屬氧化物具有比碳材料更強(qiáng)的酸穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度,且在一定程度上與Pt存在著強(qiáng)的金屬-載體間的相互作用(SMSI),被認(rèn)為是碳材料的有利替代者。然而金屬氧化物的電化學(xué)導(dǎo)電性不好,這對(duì)催化劑性能的影響較大,因此需要對(duì)其進(jìn)行改性后用作催化劑的載體材料。本文通過等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)法制備了碳包覆氧化錫銻(ATO)載體材料,并通過微波輔助乙二醇法制備了Pt基催化劑。采用PECVD法制備碳包覆的氧化錫銻載體ATO-C,并用其制備了催化劑Pt/ATO-C。用XRD和EDX研究了Pt/ATO-C的晶體結(jié)構(gòu)和元素組成,結(jié)果顯示催化劑中存在面心立方結(jié)構(gòu)的Pt和錫石相的Sn O2,并且在催化劑中存在碳元素;用XPS研究了Pt/ATO-C的表面元素組成和狀態(tài),其結(jié)果顯示Pt和ATO之間存在金屬-載體相互作用。HRTEM結(jié)果顯示Pt/ATO-C中存在晶格間距為0.221 nm的Pt(111)晶面和晶格間距為0.331 nm的Sn O2(110)晶面,在ATO顆粒表面包覆了一層無定型碳,鉑顆粒均勻地沉積在碳和ATO的界面處。對(duì)反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度以及反應(yīng)物濃度三個(gè)要素進(jìn)行了工藝優(yōu)化以提高鉑的分散性。電化學(xué)測試顯示在400℃下通入乙炔和氬氣的量分別都為10 sccm,反應(yīng)90 min時(shí)制得的載體材料在載鉑后的催化劑的甲醇氧化反應(yīng)(MOR)催化活性最好,達(dá)到了商業(yè)Pt/C的2倍,其穩(wěn)定性也要優(yōu)于商業(yè)Pt/C,并且制得的催化劑的MOR活性和穩(wěn)定性都要高于ATO直接載Pt制得的催化劑的性能。在ATO-C載體中引入雜元素N探究其對(duì)催化劑性能的影響,先用ATO與尿素物理混合然后在真空中燒結(jié)的方法引入N元素,再用PECVD法包覆碳,探究了反應(yīng)時(shí)間對(duì)催化劑性能的影響。XPS結(jié)果顯示ATO-N-C中N有兩種摻雜的方式,分別是取代了Sn O2的氧離子和進(jìn)入Sn O2的間隙。相比于Pt/ATO-C,Pt/ATON-C的Pt和載體之間的相互作用更強(qiáng)。電化學(xué)測試顯示,在90 min反應(yīng)時(shí)間下催化劑的甲醇氧化反應(yīng)活性最好,并且其穩(wěn)定性和抗毒化能力最強(qiáng)。與Pt/ATO-C對(duì)比,Pt/ATO-N-C的穩(wěn)定性和抗毒化能力有很大提升。
【圖文】：

分為氫燃料電池、直接甲醇燃料電池(DMFC)等。，燃料電池的實(shí)際應(yīng)用主要集中在電動(dòng)汽車領(lǐng)域。例如，豐田公司以氫燃料電池為主要?jiǎng)恿υ吹能囆停咎锖同F(xiàn)代也相繼推出了。除此之外，歐洲的第二大航空公司 EasyJet 計(jì)劃在它們的飛機(jī)統(tǒng)。FC 研究現(xiàn)狀FC 是以甲醇為陽極燃料的燃料電池，它具有結(jié)構(gòu)簡單緊湊、能量、低排放以及能低溫下快速啟動(dòng)的特點(diǎn)，這使得 DMFC 相比于燃料電池有更大的發(fā)展可行性[3]。FC 的主體部分是陽極、陰極以及夾在它們中間的電解質(zhì)膜(質(zhì)子 DMFC 的運(yùn)行原理示意圖，從圖 1-1 中可以看出，DMFC 通過化碳和水的反應(yīng)從而將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。一種可以傳導(dǎo)質(zhì)子陽極的同時(shí)又起到電解質(zhì)的作用。電池的陽極和陰極是由一種成(比如說碳)，這些多孔材料既是陽極或陰極催化劑的載體，又用。

史上的一次重大的變革，相比于傳統(tǒng)材料來說，納米材料具學(xué)性能，因此受到了國內(nèi)外科學(xué)工作者的廣泛研究。擁有巨材料也同樣成為了 Pt 基催化劑最為理想的載體材料。 陽極催化劑研究現(xiàn)狀氧化反應(yīng)機(jī)理幾十年中，研究材料的科研工作者們探究了不同電催化劑機(jī)理。這電催化劑包括單晶以及單晶和多晶表面的外來金屬 等首次發(fā)表了對(duì)甲醇氧化反應(yīng)機(jī)理的研究的論文[4]�；谀垦趸磻�(yīng)機(jī)理的過程歸納為以下四個(gè)步驟：化劑表面甲醇的電吸附；醇中 C-H 鍵的斷裂，，氫的脫除，含碳中間產(chǎn)物的形成；分子吸附解離；化劑上吸附的含碳中間產(chǎn)物被氧化成二氧化碳并脫除。上的催化氧化機(jī)制如圖 1-2 所示。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：O643.36;TM911.4

【參考文獻(xiàn)】

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1 侯明;衣寶廉;;燃料電池技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與展望[J];電化學(xué);2012年01期

本文編號(hào)：2676340