本文關(guān)鍵詞：甲醇電化學氧化催化劑的研究

  更多相關(guān)文章： 甲醇 燃料電池 催化劑 納米碳酸鈣 大孔碳 鉑 三氧化鎢 釕

【摘要】：燃料電池是一種不經(jīng)過燃燒直接將燃料的化學能以電化學反應(yīng)方式轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿哪芰哭D(zhuǎn)換裝置,是21世紀最有發(fā)展前景的技術(shù)之一。其中,直接甲醇燃料電池(DMFC)具有理論能量轉(zhuǎn)化效率高、能量密度高、啟動快等優(yōu)點,是最具大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化前景的燃料電池之一。電催化劑是決定DMFC性能的關(guān)鍵材料。碳載鉑催化劑(Pt/C)是當前DMFC中應(yīng)用最廣泛的催化劑,但甲醇電化學氧化(MOR)過程中,中間產(chǎn)物CO導致的Pt失活是DMFC技術(shù)的關(guān)鍵問題。本文通過材料表征和電化學分析,研究開發(fā)了氧化鎢修飾含氮大孔碳載鉑釕催化劑,討論了碳載體及其改性、碳載體修飾對鉑及鉑釕合金上MOR行為的影響。本文通過硬模板制備大孔碳(MPC)載鉑催化劑,摸索了模板對MPC孔結(jié)構(gòu)以及載鉑的影響,結(jié)果表明,與金屬鋁模板相比使用CaCO3作為模板能夠碳化時發(fā)氣形成多級孔,得到的MPC載鉑催化劑對MOR具有良好的催化活性。通過葡萄糖-尿素聚合制備含氮大孔碳(N-MPC),研究了MPC中氮對其載鉑催化劑構(gòu)效關(guān)系。催化劑制備過程中,N-MPC的N促進載鉑時Pt的分散；在MOR催化反應(yīng)過程中,N-MPC的N利于OH生成,從而強化了Pt上吸附的CO電氧化,使得含氮大孔碳載鉑催化劑(Pt/N-MPC)的催化活性能顯著高于Pt/MPC。氧化鎢不但能產(chǎn)生OH,氧化鎢修飾含氮碳載體還能降低CO在Pt上的吸附能,利于CO脫附。因此氧化鎢修飾含氮大孔碳載鉑催化劑顯示出比Pt/N-MPC更高的催化活性,催化劑抗CO中毒性能得到明顯改善。更進一步地,在氧化鎢修飾含氮碳載體載鉑的基礎(chǔ)上,鉑釕合金化進一步強化OH的形成,因此氧化鎢修飾含氮大孔碳載鉑釕催化劑顯示出很高的催化活性。DMFC的測試結(jié)果表明, PtRu/WO3/N-MPC(43.4 wt.% PtRu)的最大功率密度達到了35mWcm-2,而Pt/WO3/N-MPC (28.6 wt.% Pt)的最大功率密度僅為28mWcm-2。對比同樣的測試條件下商業(yè)化的PtRu/C (60 wt.% PtRu)催化劑,其最大功率密度只有30 m W cm-2。
【關(guān)鍵詞】：甲醇 燃料電池 催化劑 納米碳酸鈣 大孔碳 鉑 三氧化鎢 釕
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TM911.4;O643.36
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-12
• 1 緒論12-42
• 1.1 引言12
• 1.2 燃料電池簡介12-18
• 1.2.1 燃料電池發(fā)展簡史13-14
• 1.2.2 燃料電池的分類14-16
• 1.2.3 燃料電池的基本原理與結(jié)構(gòu)16-18
• 1.3 直接甲醇燃料電池研究進展18-25
• 1.3.1 引言18-19
• 1.3.2 DMFC發(fā)展概況19-20
• 1.3.3 DMFC的工作原理20-22
• 1.3.4 DMFC的陽極催化劑22-23
• 1.3.5 甲醇電化學氧化機理研究23-24
• 1.3.6 DMFC存在的主要問題24-25
• 1.4 DMFC陽極催化劑研究25-40
• 1.4.1 強化OH的生成25-33
• 1.4.2 強化Pt上CO的脫附33-40
• 1.5 本論文的課題背景和主要研究內(nèi)容40-42
• 2 實驗方法42-50
• 2.1 實驗原料42-43
• 2.2 催化劑制備43-46
• 2.2.1 葡萄糖尿素樹脂(N-MPC)的合成43-44
• 2.2.2 碳載體上浸漬載Pt44
• 2.2.3 碳載體上載WO_344
• 2.2.4 玻碳電極的制備44-45
• 2.2.5 燃料電池的制備45-46
• 2.3 催化劑表征46-48
• 2.3.1 X射線m射結(jié)構(gòu)分析(XRD)46-47
• 2.3.2 場發(fā)射掃描電鏡(FESEM)47
• 2.3.3 透射電鏡(TEM)47-48
• 2.3.4 X射線光電子能譜(XPS)48
• 2.4 電化學性能測試48-50
• 2.4.1 循環(huán)伏安法48
• 2.4.2 時間電流曲線48-49
• 2.4.3 電池性能測試49-50
• 3 碳載體對鉑上甲醇電氧化反應(yīng)的影響50-78
• 3.1 硬模板制備大孔碳載鉑催化劑的結(jié)構(gòu)與性能50-55
• 3.1.1 模板對大孔碳孔結(jié)構(gòu)的影響50-52
• 3.1.2 模板對載鉑的影響52-54
• 3.1.3 MPC載鉑催化甲醇電氧化54-55
• 3.2 大孔碳中氮對其載鉑催化劑構(gòu)效關(guān)系的影響55-70
• 3.2.1 氮對載鉑的影響55-62
• 3.2.2 含氮量對催化劑性能的影響62-70
• 3.3 氧化鎢修飾碳載體對其載鉑催化劑的影響70-76
• 3.3.1 催化劑的結(jié)構(gòu)與形貌70-72
• 3.3.2 催化劑的電化學性能研究72-76
• 3.4 小結(jié)76-78
• 4 含氮大孔碳載鉑釕催化劑的研究78-86
• 4.1 催化劑的結(jié)構(gòu)與形貌78-80
• 4.1.1 催化劑的SEM分析78-79
• 4.1.2 催化劑的TEM分析79-80
• 4.1.3 催化劑的XRD分析80
• 4.2 催化劑的電化學測試80-84
• 4.2.1 Tafel曲線80-81
• 4.2.2 阻抗分析81-82
• 4.2.3 燃料電池測試82-84
• 4.3 含氮大孔碳、WO_3修飾、釕合金化對鉑上甲醇電氧化的協(xié)同84
• 4.4 小結(jié)84-86
• 5 結(jié)論與展望86-88
• 5.1 本文結(jié)論86
• 5.2 本文的主要創(chuàng)新成果86-87
• 5.3 本論文存在的不足與展望87-88
• 參考文獻88-98
• 作者簡介及攻讀碩士學位期間所取得的科研成果98

【參考文獻】

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 張立逢;以石墨烯為載體制備直接甲醇燃料電池陽極催化劑的研究[D];南京航空航天大學;2010年

2 金秀華;甲醇燃料電池電極催化材料的制備[D];華東理工大學;2013年

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本文編號：950431