【摘要】：燃料電池因其能源轉(zhuǎn)化效率高、環(huán)境友好、所用燃料來源廣等特點(diǎn)受到越來越多的關(guān)注。與氫氣相比,甲醇和尿素來源豐富,且易于儲(chǔ)存和運(yùn)輸。以甲醇為燃料的直接甲醇燃料電池(DMFC)和以尿素為燃料的直接尿素燃料電池(DUFC)比常規(guī)氫燃料電池更具吸引力,是世界各國(guó)優(yōu)先發(fā)展的高新能源技術(shù)之一。陽極氧化反應(yīng)電極催化劑是決定燃料電池性能及其商業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵材料之一。然而陽極催化材料主要由價(jià)格不菲的貴金屬鉑組成,其易受到儲(chǔ)量和CO毒化的制約。因此開發(fā)新型高效、低成本、穩(wěn)定性好的陽極催化劑,是一個(gè)重要的研究方向。鎳基材料因其成本低和活性高,受到了廣泛的關(guān)注,其中,磷酸鎳是一種有潛力的過渡金屬材料,廣泛應(yīng)用于超級(jí)電容器,電化學(xué)傳感器等電化學(xué)器件中。本論文分別以氯化鎳、硝酸鎳為鎳源,以磷酸氫二銨、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉、磷酸為磷源,按照不同方法合成介孔磷酸鎳納米管、介孔磷酸鎳納米片、介孔磷酸鎳納米晶體、微孔VSB-5;進(jìn)一步分別以氯化鎳為鎳源,以氯化鈷為鈷源,以磷酸二氫鈉為磷源合成磷酸鎳鈷復(fù)合材料。通過透射電子顯微鏡觀察樣品形貌,通過X射線粉末衍射儀測(cè)得鎳基材料的相結(jié)構(gòu),通過紫外可見漫反射、紅外光譜、拉曼光譜分別分析樣品中鎳離子的配位狀態(tài)、PO_4結(jié)構(gòu)和Ni-O結(jié)構(gòu),通過X射線光電子能譜分析鎳基材料的表面化學(xué)元素組成和各元素的化學(xué)結(jié)合態(tài)。通過氮?dú)馕矫摳降葴厍€分析樣品的比表面積和孔徑分布。通過電化學(xué)工作站測(cè)試循環(huán)伏安曲線,線性掃描伏安曲線,安培i-t曲線,阻抗譜來比較不同磷酸鎳和商用氧化鎳的電化學(xué)氧化尿素和甲醇的催化活性和穩(wěn)定性,并探究鈷的摻雜對(duì)氧化尿素和氧化甲醇起始電位的影響。用于催化電化學(xué)氧化尿素的磷酸鎳納米片具有較高的催化活性和優(yōu)異的穩(wěn)定性,有希望作為電極催化劑,用于直接尿素燃料電池。磷酸鎳納米片在含有0.1 M尿素的1 M氫氧化鉀溶液中的氧化電流密度為30.0 mA cm~(-2)(600 mA cm~(-2) mg~(-1))。在循環(huán)伏安300圈穩(wěn)定性測(cè)試中,磷酸鎳納米片活性降低3.33%。在96小時(shí)安培i-t曲線穩(wěn)定性測(cè)試中,磷酸鎳納米片活性保留97.47%。將反應(yīng)后的材料于環(huán)境室溫下放置134天,重新測(cè)試96小時(shí)安培i-t曲線,電流密度仍保持85%以上。磷酸鎳納米管具有優(yōu)異的催化電化學(xué)氧化甲醇活性和良好的耐CO毒化能力,有希望作為電極材料,用于直接甲醇燃料電池。磷酸鎳納米管在含有0.5 M甲醇的0.5 M氫氧化鉀溶液中的氧化電流密度為40.83 mA cm~(-2)(577 mA mg~(-1))。在循環(huán)伏安1000圈穩(wěn)定性測(cè)試中,磷酸鎳納米片陽極電流保留86.1%。在24小時(shí)安培i-t曲線穩(wěn)定性測(cè)試中,磷酸鎳納米片活性保留91.3%。進(jìn)一步考察了磷酸鎳鈷二元復(fù)合材料在電化學(xué)氧化尿素和氧化甲醇中的催化性能,鈷的摻雜有效地降低了氧化起始電位,并提高了氧化電流。這類材料有希望作為電極材料,用于燃料電池。與磷酸鎳相比,磷酸鎳鈷復(fù)合材料(Ni:Co=4:6)在含有0.1 M尿素的1 M氫氧化鉀溶液中的氧化起始電位降低135 mV,磷酸鎳鈷復(fù)合材料(Ni:Co=6:4)在含有0.5 M甲醇的0.5 M氫氧化鉀溶液中的氧化起始電位降低132 mV。在安培i-t曲線測(cè)試中,磷酸鎳鈷復(fù)合材料的電流始終高于單純磷酸鎳和磷酸鈷的電流。其中,磷酸鎳鈷復(fù)合材料(Ni:Co=4:6)氧化尿素電流最高,磷酸鎳鈷復(fù)合材料(Ni:Co=5:5)氧化甲醇電流最高。本論文開展了具有應(yīng)用前景、高效廉價(jià)且穩(wěn)定性強(qiáng)的系列磷酸鎳催化劑,推動(dòng)了磷酸鎳催化劑的理論和應(yīng)用研究,對(duì)于實(shí)現(xiàn)燃料電池廉價(jià)化和貴金屬替代等目前能源研究中關(guān)鍵科學(xué)問題的解決具有重要意義。
【圖文】：

4]。H-→ CO2+ 6H2O + 6e-E0a= -0.81 V (1) + 6e-→ 6OH-E0c= 0.40 V (2) O2→ CO2+ 2H2O E0cell= 1.21 V (3)醇燃料電池中，OH-從陰極室通過陰離子交換膜到陰極室的方向相反，能夠很明顯地降低滲透到陰極電化學(xué)氧化而產(chǎn)生的“混合電位”降低，提高電池化劑抗 CO 中毒的穩(wěn)定性[54, 55]。

2 (A)NiPO-a，，(B)NiPO-b，(C)NiPO-c，(D)NiPO-d 的透射電光譜，研究無機(jī)鍵的振動(dòng)來確定結(jié)構(gòu)。如圖 3-3 所個(gè)強(qiáng)峰，對(duì)應(yīng) Ni-O 伸縮模式[7]。而其他四個(gè)樣品分合成的材料是含鎳化合物。400 800 1200 1600 2000Commercial NiONiPO-dNiPO-cNiPO-bnItenstiy-1NiPO-a
【學(xué)位授予單位】：河南大學(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)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 王淑敏;王作輝;;電化學(xué)的應(yīng)用和發(fā)展[J];廣州化工;2010年08期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前4條

1 胡曉霞;微波法制備金屬磷酸鹽及其光催化性能研究[D];東華大學(xué);2017年

2 郭芬;鎳基催化劑對(duì)尿素電氧化的催化作用及直接尿素—過氧化氫燃料電池性能的研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2016年

3 楊敬賀;石墨烯基催化劑的合成及催化性能研究[D];大連理工大學(xué);2013年

4 武光;尿素輔助合成磷酸鎳納米管及其催化性能研究[D];大連理工大學(xué);2012年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前8條

1 郁清濤;鎳基材料的制備及其在電化學(xué)中的應(yīng)用[D];河南大學(xué);2016年

2 王超;無機(jī)鹽Li_2CO_3復(fù)合BaCe_(0.7)Zr_(0.1)Y_(0.2)O_(3-δ)質(zhì)子導(dǎo)體制備與改性研究[D];天津大學(xué);2014年

3 李運(yùn)嬋;磷酸鈷分子篩的合成與表征[D];內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué);2013年

4 李旭影;介孔NiPOs及Si-NiPOs材料的合成和表征研究[D];大連理工大學(xué);2011年

5 王業(yè)紅;含鎳多孔材料的合成和表征研究[D];大連理工大學(xué);2010年

6 李敏;介孔磷酸鎳的合成及其催化性能研究[D];大連理工大學(xué);2010年

7 丁漢平;質(zhì)子導(dǎo)體陶瓷膜燃料電池的制備研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2009年

8 胡利華;燃料電池發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用分析[D];重慶大學(xué);2005年

本文編號(hào)：2684835