本文關鍵詞：以納米多孔炭為載體的直接硼氫化鈉—過氧化氫燃料電池陽極催化劑研究

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【摘要】：直接硼氫化鈉-過氧化氫燃料電池(DBHFC)是直接以硼氫化鈉(NaBH4)堿溶液為燃料的一種新型燃料電池,因具有理論比能量大(9.3 Wh g-1)、理論電壓高(3.01 V)等特點而受到了人們的廣泛關注。但其催化劑(主要為貴金屬,如Pt、Au、Pd等)等基礎材料價格高昂,嚴重阻礙了DBHFC的商業(yè)化。其中,改善陽極催化劑性能是降低催化劑成本、提高燃料利用率的關鍵。而陽極催化劑的電催化活性面積、形貌、穩(wěn)定性等都與催化劑載體的性質(zhì)直接相關。因此,尋找一種適宜的催化劑載體是提高陽極催化劑活性,進而促進DBHFC商業(yè)化的一條有效途徑。近年來,以孔徑可控、結構多樣的金屬有機骨架化合物(MOFs)為模板制備的納米多孔炭在眾多領域展現(xiàn)出了優(yōu)異的性能,如:發(fā)達的孔隙結構、高的比表面積和良好的導電性等�？梢�,納米多孔炭是一種潛在的理想DBHFC催化劑載體。因此,本論文采用糠醇(FA)為碳源,MOF-5(Zn4O(OOCC6H4COO)3)為模板,通過高溫煅燒得到納米多孔炭(NPC),并將其應用于DBHFC陽極催化劑載體。主要研究內(nèi)容如下:采用浸漬還原法分別制備了NPC載Pt催化劑(Pt/NPC)及碳黑載Pt催化劑(Pt/XC-72),通過循環(huán)伏安(CV)等電化學測試方法研究了Pt/NPC對BH4-氧化的電催化活性。測試結果表明:Pt/NPC的電催化性能優(yōu)于Pt/XC-72。同樣,以Pt/NPC為陽極催化劑組裝的DBHFC的最大功率密度達54 mW cm-2,大于以Pt/XC-72為陽極催化劑的DBHFC的最大功率密度(34 mW cm-2)。通過氮氣吸/脫附測試探討了KOH活化對NPC在孔徑、比表面積等方面的影響,測試結果顯示:活化后得到的A-NPC的比表面積(2296 m2 g-1)和孔容(1.59 cm3 g-1)均大于NPC。采用CV等電化學測試方法比較了A-NPC載Au催化劑(Au/A-NPC)、NPC載Au催化劑(Au/NPC)和碳黑載Au催化劑(Au/XC-72)對BH4-氧化的電催化活性。實驗結果表明:Au/A-NPC具有良好的催化活性。采用浸漬還原法制備了兩個系列的NPC載雙金屬催化劑PtxCu/NPC和PdxZn/NPC催化劑,并分別研究了各催化劑的電化學性能。研究結果表明:PtxCu/NPC和PdxZn/NPC對BH4-氧化的電催化活性均高于相應的單金屬催化劑。特別是Pt2Cu/NPC和Pd2Zn/NPC在同系列的催化劑中表現(xiàn)出了最佳的電催化性能。此外,分別以Pt2Cu/NPC和Pd2Zn/NPC為陽極催化劑組裝成的DBHFC,最大功率密度高達89 mW cm-2和104 mW cm-2。
【關鍵詞】：硼氫化物燃料電池 納米多孔炭 陽極催化劑 催化劑載體
【學位授予單位】：湘潭大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TM911.4;O643.36
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 緒論10-23
• 1.1 引言10
• 1.2 燃料電池的概述10-13
• 1.2.1 燃料電池的發(fā)展簡史10-11
• 1.2.2 燃料電池的分類11-12
• 1.2.3 燃料電池的特點12-13
• 1.3 硼氫化鈉燃料電池的概述13-14
• 1.3.1 硼氫化鈉燃料電池的研究背景13-14
• 1.3.2 硼氫化鈉燃料電池的工作原理14
• 1.4 硼氫化鈉燃料電池催化劑的研究進展14-21
• 1.4.1 陽極催化劑14-16
• 1.4.2 陰極催化劑16-17
• 1.4.3 催化劑載體17-21
• 1.5 本文的研究意義及其主要研究內(nèi)容21-23
• 1.5.1 研究意義21
• 1.5.2 主要研究內(nèi)容21-23
• 第2章 實驗儀器藥品及測試方法23-29
• 2.1 主要試劑和儀器23-24
• 2.1.1 主要化學試劑23-24
• 2.1.2 主要實驗儀器及設備24
• 2.2 材料的物理表征24-25
• 2.2.1 透射電子顯微鏡(TEM)24
• 2.2.2 X-射線衍射(XRD)24-25
• 2.2.3 X-射線能譜(EDS)25
• 2.2.4 X-射線光電子能譜(XPS)25
• 2.2.5 比表面積及孔結構分析25
• 2.3 材料的電化學測試25-27
• 2.3.1 循環(huán)伏安法26
• 2.3.2 計時電流法26-27
• 2.3.3 計時電位法27
• 2.3.4 工作電極的制備27
• 2.4 單電池測試27-29
• 2.4.1 電池極片的制備27-28
• 2.4.2 電池的組裝以及性能研究28-29
• 第3章 納米多孔炭載Pt陽極催化劑的制備及其在DBHFC中的應用研究29-37
• 3.1 引言29
• 3.2 Pt/NPC催化劑的制備29-30
• 3.3 Pt/NPC催化劑的物理表征30-32
• 3.4 Pt/NPC催化劑的電化學測試32-35
• 3.4.1 伏安法分析32-33
• 3.4.2 計時電位分析33-34
• 3.4.3 計時電流分析34-35
• 3.5 單電池測試35
• 3.6 本章小結35-37
• 第4章 活性納米多孔炭載Au陽極催化劑在DBHFC中的應用研究37-45
• 4.1 引言37
• 4.2 實驗部分37-38
• 4.2.1 A-NPC的制備37-38
• 4.2.2 催化劑的制備38
• 4.3 載體及催化劑的物理表征38-40
• 4.3.1 載體孔結構分析38
• 4.3.2 XRD分析38-39
• 4.3.3 TEM分析39-40
• 4.4 電化學性能表征40-42
• 4.4.1 循環(huán)伏安測試40
• 4.4.2 計時電流測試40-41
• 4.4.3 計時電位測試41-42
• 4.5 電池性能研究42-43
• 4.6 本章小結43-45
• 第5章 納米多孔炭載雙金屬陽極催化劑的制備及其在DBHFC中的應用研究45-59
• 5.1 引言45
• 5.2 Pt_xCu/NPC催化劑在DBHFC中的應用研究45-53
• 5.2.1 Pt_xCu/NPC催化劑的制備45-46
• 5.2.2 Pt_xCu/NPC催化劑的物理表征46-48
• 5.2.3 Pt_xCu/NPC催化劑電化學性能研究48-51
• 5.2.4 單電池測試51-53
• 5.3 Pd_xZn/NPC催化劑在DBHFC中的應用研究53-57
• 5.3.1 Pd_xZn/NPC催化劑的制備53
• 5.3.2 Pd_xZn/NPC催化劑的物理表征53-54
• 5.3.3 Pd_xZn/NPC催化劑的電化學性能研究54-56
• 5.3.4 單電池測試56-57
• 5.4 本章小結57-59
• 第6章 總結與展望59-61
• 6.1 總結59-60
• 6.2 展望60-61
• 參考文獻61-67
• 致謝67-68
• 攻讀碩士期間公開發(fā)表的論文68-69
• 個人簡歷69

【共引文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 王酉;徐惠;李光;;基于碳納米管修飾絲網(wǎng)印刷碳糊電極的葡萄糖和尿酸生物傳感器[J];傳感技術學報;2006年05期

2 劉敬彪;張理兵;黃琦;蔡強;劉輝;何苗;;便攜式AChE傳感器系統(tǒng)的開發(fā)與研究[J];傳感技術學報;2008年11期

3 陳暉;李光楊;汪紅;王艷;丁桂甫;趙小林;;對流—擴散傳質(zhì)對微電鑄鍍層均勻性的影響[J];傳感器與微系統(tǒng);2010年08期

4 陳暉;汪紅;李光楊;姚錦元;王艷;丁桂甫;;水平與垂直流動對微電鑄鍍層均勻性的影響[J];傳感器與微系統(tǒng);2011年06期

5 汪海燕;彭貞;秦國旭;;納米金/巰基化合物修飾金電極的制備及電化學行為研究[J];巢湖學院學報;2011年03期

6 郭國才;;自組裝單分子膜防止銀鍍層變色因素的探討[J];材料保護;2009年10期

7 陶益杰;鄭文偉;程海峰;劉東青;;電致變色導電聚合物PEDOT的研究進展[J];材料導報;2010年13期

8 章晶晶;黃武;易清風;;Ni-Co/Ti催化劑制備及其對葡萄糖的電催化氧化[J];材料導報;2011年24期

9 宮凱;黃因慧;田宗軍;劉志東;王桂峰;;塊體多孔金屬鎳的逐層掃描噴射電沉積制備[J];材料工程;2009年08期

10 杜鴻達;李寶華;干林;康飛宇;;氧在幾種多孔炭材料中的擴散性能[J];電池;2008年04期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前5條

1 楊瀟薇;楊培霞;張錦秋;安茂忠;;無氰電鍍銀工藝及機理研究[A];2010中國·重慶第七屆表面工程技術學術論壇暨展覽會論文集[C];2010年

2 陳暉;汪紅;李光楊;王艷;姚錦元;丁桂甫;;微結構電鑄過程分析與模擬[A];2009年全國電子電鍍及表面處理學術交流會論文集[C];2009年

3 吳偉剛;楊防祖;姚士冰;陳秉彝;鄭雪清;周紹民;;檸檬酸鹽堿性鍍銅的電化學行為研究[A];2009年全國電子電鍍及表面處理學術交流會論文集[C];2009年

4 李海濱;許茜;胡小峰;馬青梅;任東琦;;熔鹽電脫氧法制備鈮影響因素的研究[A];2006年全國冶金物理化學學術會議論文集[C];2006年

5 白國梁;王均偉;吳臘霞;徐擁軍;;鋰離子電池微觀電極過程探討[A];中國化學會第29屆學術年會摘要集——第24分會：化學電源[C];2014年

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 石倩;薄膜電池LiV_3O_8正極材料的結構控制與電化學性能[D];華南理工大學;2010年

2 張凱;不飽和雙鍵化合物與二氧化碳的電羧化反應研究[D];華東師范大學;2011年

3 袁磊;碳氣凝膠儲能電容電極材料的制備與性能研究[D];中國工程物理研究院;2011年

4 蘇凌浩;鈷鋁雙氫氧化物層狀材料的制備、表征及電容性能研究[D];南京航空航天大學;2009年

5 呂江維;硼摻雜金剛石薄膜電極的制備與性能評價[D];哈爾濱工業(yè)大學;2011年

6 宮凱;噴射電沉積法制備多孔金屬鎳機理、工藝及應用研究[D];南京航空航天大學;2010年

7 高博;苯磺酸功能化碳納米管基復合材料的制備及其超電容特性[D];南京航空航天大學;2010年

8 李艷;添加劑在AlCl_3-BMIC離子液體電解精煉鋁中的作用機理研究[D];昆明理工大學;2011年

9 邵力耕;脈沖微納米電鑄相關問題的研究[D];大連理工大學;2011年

10 李明芳;鉑電極上氧還原機理與動力學的研究[D];中國科學技術大學;2011年

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 李高飛;數(shù)控選區(qū)電沉積快速成型的成型質(zhì)量研究[D];浙江理工大學;2010年

2 朱偉;熔鹽法制備LiFePO_4鋰離子電池正極材料的研究[D];長沙理工大學;2010年

3 靳曉平;巰基芳香碳糖苷及肽類似物小分子的設計與合成[D];華東理工大學;2011年

4 劉亞偉;離子液體中鈦鋁合金的電沉積研究[D];昆明理工大學;2010年

5 賴宇坤;鐵鈣雙核型媒介的間接電化學還原機理及在還原染料染色中的應用[D];東華大學;2011年

6 魏雪;錫基合金動力鋰電池復合負極制備及其電化學性能研究[D];山東建筑大學;2011年

7 劉記;全釩液流電池雙極板流道的優(yōu)化及流量控制研究[D];吉林大學;2011年

8 曹亮;環(huán)空保護液中油井管電偶腐蝕及犧牲陽極研制[D];大連理工大學;2011年

9 李雪;基于復合傳感材料和選擇性探針的電化學和光化學傳感器[D];南京大學;2011年

10 何悅;二氧化錳—磷酸—硫酸微蝕體系對ABS工程塑料的表面微蝕研究[D];陜西師范大學;2011年

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本文編號：655680