本文選題：甲醇　切入點(diǎn)：甲酸　出處：《曲阜師范大學(xué)》2015年碩士論文

【摘要】：近些年,由于直接甲醇燃料電池(DMFC)和直接甲酸燃料電池(DFAFC)具有價(jià)格便宜,燃料來(lái)源豐富,運(yùn)輸和儲(chǔ)存安全的優(yōu)點(diǎn)而受到廣泛重視,但是,DMFC和DFAFC的陽(yáng)極催化劑的催化活性較低,而且甲醇和甲酸的氧化中間產(chǎn)物羰基會(huì)對(duì)陽(yáng)極催化劑產(chǎn)生毒化作用,導(dǎo)致DMFC和DFAFC的實(shí)際應(yīng)用發(fā)展速度一直比較緩慢。因此,研究和發(fā)展高催化活性,抗中毒能力強(qiáng)的新型催化劑已成為當(dāng)前DMFC發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。大量研究發(fā)現(xiàn),可以通過(guò)多元金屬之間的協(xié)同作用來(lái)改進(jìn)鉑催化劑的活性和穩(wěn)定性,從而制成鉑基復(fù)合催化劑(如Pt-Ru,Pt-Sn,Pt-Ni,Pt-Ir等)。首先采用直接電化學(xué)沉積法以納米多孔金膜(NPG)作為載體,由于電化學(xué)沉積法具有能夠?qū)崿F(xiàn)將金屬催化劑選擇性的沉積在既有電子通道,又有離子傳輸通道的與質(zhì)子膜接觸的載體上,顯示了比傳統(tǒng)的以質(zhì)子交換膜電解質(zhì)溶液粘接在Pt/C催化劑上的方法更高的催化劑利用率。其次研究發(fā)現(xiàn)第二種金屬的加入不但是一種良好的雙效氧電極催化劑組分,而且作為直接醇類(lèi)燃料電池的陽(yáng)極催化劑也具有較好的抗中毒性能。因此,我們利用恒電位沉積合成技術(shù)在Pt NPG中引入Ir、Ni、Bi得到Pt/M NPG催化劑,利用在一系列含Pt、M物質(zhì)的量配比不同的溶液中恒電位沉積制備形成的一系列催化劑對(duì)甲醇和甲酸進(jìn)行電化學(xué)性能測(cè)試,結(jié)果表明Pt基電催化劑中添加適量的Ir、Ni、Bi對(duì)于甲醇、甲酸的電催化氧化性能有明顯提高,優(yōu)于純Pt NPG催化劑,且具有較好的循環(huán)壽命,以及時(shí)間穩(wěn)定性。本文分別以H2PtCl6.6H2O和IrCl3.3H2O、H2PtCl6.6H2O和NiSO4.6H2O、H2PtCl6.6H2O和BiNO3.5H2O作為金屬來(lái)源,以NPG作為基底,采用電化學(xué)掃描電沉積法制備活性較高的NPG/PtIr、NPG/PtNi、NPG/PtBi二元復(fù)合納米催化劑,并利用XRD和SEM技術(shù)表征了催化劑粒子大小、結(jié)晶度,采用電化學(xué)方法評(píng)價(jià)了NPG/PtIr、NPG/PtNi、NPG/PtBi二元復(fù)合納米催化劑對(duì)甲醇甲酸的電催化氧化活性和穩(wěn)定性。主要研究結(jié)果如下:首先在三電極體系下,采用恒電位共沉積方法制備出高分散的NPG/PtIr、NPG/PtNi、NPG/PtBi催化劑,利用XRD和SEM技術(shù)表征了修飾在NPG膜上的PtIr、PtNi、PtBi催化劑顆粒的大小、分散狀態(tài),由XRD和SEM結(jié)果顯示,PtIr納米粒子高度分散NPG膜表面,以膜的形成方式包被在NPG催化劑表面,PtNi、PtBi在NPG表面凸起分別形成花狀和鈕扣狀的顆粒。利用循環(huán)伏安電化學(xué)方法評(píng)價(jià)了該電極催化劑對(duì)甲醇、甲酸的電催化氧化活性和穩(wěn)定性,電化學(xué)測(cè)試結(jié)果表明NPG/PtIr和NPG/PtBi催化劑對(duì)甲醇、甲酸的電催化氧化呈現(xiàn)出很好的活性和穩(wěn)定性,NPG/PtNi催化劑對(duì)甲醇效果較好。這主要是由于Pt、M和NPG之間的協(xié)同催化作用使甲醇、甲酸氧化中間產(chǎn)物的毒化物種易氧化成最終產(chǎn)物的結(jié)果,其次是用這種方法制得的催化劑中各組分具有較小的粒徑,且分散較好。電化學(xué)性能顯示其中Pt:Ir=3:2的Pt/Ir NPG催化劑對(duì)于直接甲醇、甲酸燃料電池具有最佳的電催化氧化性能,其中Pt:Ni=1:1的Pt/Ni NPG催化劑對(duì)于直接甲醇、甲酸燃料電池具有最佳的電催化氧化性能,其中Pt:Bi=9:1的Pt/Bi NPG催化劑對(duì)于直接甲醇、甲酸燃料電池具有最佳的電催化氧化性能。本論文所研制的幾種二元復(fù)合納米結(jié)構(gòu)電催化劑對(duì)甲醇和甲酸的電催化氧化具有高催化活性和穩(wěn)定性。同時(shí)降低了貴金屬鉑的載量,Ir、Ni、Bi的引入使催化劑抗CO中毒的性能又取得進(jìn)一步提高,研究表明二元復(fù)合納米催化劑在DMFC和DFAFC中有良好的發(fā)展前景。
[Abstract]:In recent years, due to the direct methanol fuel cell (DMFC) and direct formic acid fuel cell (DFAFC) has the advantages of low price, abundant fuel source, has the advantages of safe storage and transportation and received extensive attention, but the catalytic activity of the anode catalyst of DMFC and DFAFC is low, and methanol and formic acid oxidation carbonyl will produce toxic effect the anode catalyst, lead to practical application development speed of DMFC and DFAFC has been slow. Therefore, the research and development of new catalysts with high catalytic activity and anti poisoning ability has become a key technology in the development of DMFC. A lot of studies have found that it is possible to improve the platinum catalyst by the synergistic effect of multi metal between activity and stability, thus made of platinum based composite catalysts (such as Pt-Ru, Pt-Sn, Pt-Ni, Pt-Ir). The direct electrochemical deposition in nanoporous gold film (NPG) as a carrier, because The electrochemical deposition method can realize deposition of metal catalyst selectivity in both electron and ion channel, carrier transmission channel and proton membrane contact on the catalyst shows higher than the traditional method of using proton exchange membrane electrolyte solution adhesive on Pt/C catalyst utilization. Secondly we found that adding second kinds of metal not only a good set of bifunctional oxygen electrode catalyst, and as anode catalyst of direct methanol fuel cell also has good anti poisoning performance. Therefore, we use constant potential deposition technology is introduced in the Pt Ir, NPG Ni, Bi Pt/M NPG catalyst, used in a series containing a series of Pt. The catalyst solution M molar ratio in different potentiostatic deposition preparation formed by electrochemical performance test of methanol and formic acid, the results show that the Pt based electrocatalysts in addition Ir, Ni, Bi in methanol, the electrocatalytic oxidation of formic acid was higher than that of pure Pt NPG catalyst, and has good cycle life, time and stability. In this paper, H2PtCl6.6H2O and IrCl3.3H2O, H2PtCl6.6H2O and NiSO4.6H2O, H2PtCl6.6H2O and BiNO3.5H2O as the metal source, using NPG as substrate by electrochemical scanning electro deposition preparation of high activity of NPG/PtIr, NPG/PtNi, NPG/PtBi two composite nano catalyst, and the characterization of the catalyst particle size, XRD and SEM crystallinity by electrochemical method, evaluation of NPG/PtIr, NPG/PtNi, NPG/PtBi two composite catalysts for methanol electro catalytic oxidation of formic acid on activity and stability. The main results are as follows: first of all in three electrode system, by constant potential co deposition method of high dispersion of NPG/PtIr, NPG/PtNi, NPG/, PtBi catalyst, using XRD and SEM Technology Characterization of modified NPG membrane in PtIr, PtNi, PtBi, catalyst particle size, dispersion state, by the XRD and SEM results showed that the highly dispersed NPG film on the surface of PtIr nanoparticles to form a way was coated on the surface of the NPG catalyst, PtNi film, PtBi the formation of flower like and button shaped particles on the surface of NPG were raised using cyclic voltammetry method to evaluate the electrode catalyst for methanol, formic acid electrocatalytic oxidation activity and stability, electrochemical testing results showed that the NPG/PtIr and NPG/PtBi catalysts for methanol electrocatalytic oxidation of formic acid showed good activity and stability of NPG/PtNi catalyst for methanol, better effect. This is mainly due to Pt, synergistic catalysis the interaction of M and NPG of the methanol, formic acid oxidation of the intermediate product of the oxidation easily poisoning species into the final product, followed by each catalyst prepared by the method of having a smaller Particle size and well dispersed. The electrochemical properties of the Pt/Ir NPG display Pt:Ir=3:2 catalyst for direct methanol fuel cell with formic acid, electrocatalytic oxidation of the best performance, the Pt/Ni NPG Pt:Ni=1:1 catalyst for direct methanol fuel cell with formic acid, electrocatalytic oxidation of the best performance, the Pt/Bi NPG Pt:Bi=9:1 catalyst for direct formic acid fuel methanol. The battery has the best performance. The electrocatalytic oxidation of electro catalytic oxidation of several developed in this paper the two element composite nanostructure electrocatalysts for methanol and formic acid has high catalytic activity and stability. At the same time, reduce the load, Pt Ir, Ni, the performance of Bi into the catalyst poisoning and further anti CO to improve, research shows that two yuan nanocomposite catalyst has a good development prospect in DMFC and DFAFC.

【學(xué)位授予單位】：曲阜師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TM911.4;O643.36

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