堿性燃料電池（Alkaline Fuel Cells）具有體積小、重量輕、工作溫度低、熱損耗少等優(yōu)點,因此非常適合作為汽車和便攜式電器的電源,從而一直為電池科研人員所關(guān)注。在堿性燃料電池中,發(fā)生在陰極材料上的氧還原反應(yīng)（Oxygen Reduction Reaction）的動力學(xué)過程很大程度上決定了電池工作效率的高低。目前的堿性燃料電池中,貴金屬Pt催化劑的氧還原效率最高、應(yīng)用最廣泛,但是價格昂貴、蘊藏量有限。因而,研究開發(fā)廉價的可全部或者部分替代Pt的非貴金屬催化劑對于降低堿性燃料電池的成本、保持或者增強電極材料的催化活性,并最終實現(xiàn)堿性燃料電池的產(chǎn)業(yè)化,具有重要理論意義和應(yīng)用價值。石墨烯作為一種新型碳材料具有獨特的結(jié)構(gòu)和一系列優(yōu)異的物理、機械性能,是一種比較理想的催化劑載體,對于降低氧還原反應(yīng)的過電位、增大反應(yīng)電流密度和提高燃料轉(zhuǎn)換效率具有很大的促進(jìn)作用。過渡金屬氮化物的表面電子結(jié)構(gòu)和Pt相類似,具有類鉑族金屬的催化活性,被譽為“準(zhǔn)鉑催化劑”。本論文中,作者將多種合成手段相結(jié)合,獲得了氮化鎢納米線/石墨烯復(fù)合結(jié)構(gòu),隨后在復(fù)合結(jié)構(gòu)表面進(jìn)行了低含量Pt和PtNi合金納米顆粒,并對各種復(fù)... 

【文章來源】：合肥工業(yè)大學(xué)安徽省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：88 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

堿性燃料電池原理圖

氧還原反應(yīng)（ORR）的機理氧還原反應(yīng)作為堿性燃料電池陰極的一個重要的基本反應(yīng)，其動力學(xué)和是重要的研究目標(biāo)。了解氧還原機理將為了解催化劑的結(jié)構(gòu)和組成以及氧還原反應(yīng)速率提供清晰的信息，并將為有效的氧還原電催化劑的設(shè)計力的指導(dǎo)。為一個多電子多步驟反應(yīng)的氧還原反應(yīng)，可能涉及到多個中間步驟，其許多中間產(chǎn)物，如 O22-，O2-，HO2-，H2O2和催化劑表面的氧化物和氫氧化更好的為后面的實驗研究打下理論基礎(chǔ)，有必要對氧還原反應(yīng)的各個步產(chǎn)物如何產(chǎn)生，反應(yīng)所需的參數(shù)等等進(jìn)行研究。到目前為止，氧還原反機理還沒有完全被研究清楚，因為目前沒有很好的分析測試手段去追蹤的過程，同時對各個階段的產(chǎn)物進(jìn)行實時的分析表征，所以現(xiàn)在很多關(guān)實驗機理的研究，都是根據(jù)間接的實驗，然后通過一定的電化學(xué)反應(yīng)熱化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)來回推出前面的反應(yīng)。根據(jù)文獻(xiàn)中的報道，堿性燃料電原可以有以下兩種途徑發(fā)生，具體反應(yīng)如以下公式中所示：[4]

合肥工業(yè)大學(xué)專業(yè)碩士研究生學(xué)位論文基于以上的數(shù)據(jù)，可以看出，4 電子反應(yīng)所需要的電勢更高，而 2 電子第一步反應(yīng)所需要的電勢則比較低，所以理論上 2 電子反應(yīng)更容易發(fā)生。但是 4 電子反應(yīng)效率更高，并且不會產(chǎn)生其他離子，所以對于氧還原反應(yīng)，4 電子反應(yīng)更適合。1.3 堿性燃料電池陰極催化劑的研究進(jìn)展1.3.1 基于石墨烯的催化劑1.3.1.1 石墨烯概述2004 年，英國曼徹斯特大學(xué)課題組 Geim A.K.等人[5]通過物理法，使用膠帶對石墨進(jìn)行不斷剝離，使其層數(shù)不斷減少，同時在剝離的過程中不斷通過各種電鏡進(jìn)行實時的觀察，最后終于得到了只有一個原子層厚度的石墨單片，即石墨烯（graphene）。從此以后，由于石墨烯表現(xiàn)出的優(yōu)異性能，被世界各大課題組進(jìn)行反復(fù)研究。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Hummers法合成石墨烯的關(guān)鍵工藝及反應(yīng)機理[J]. 任小孟,王源升,何特.  材料工程. 2013(01)



本文編號：3498651