【摘要】：金屬空氣電池作為一種高效、潔凈的新能源技術(shù),受到了越來越多的關(guān)注。氧還原反應(yīng)電催化劑的研究則一直是金屬空氣電池研究的熱點問題。為了提高氧還原反應(yīng)的催化活性、增加催化劑的穩(wěn)定性、降低催化劑的成本,Ag基催化劑的研究具有非常重要的意義。本論文主要的研究內(nèi)容為Ag-Cu納米催化劑的催化活性。論文中分別采用伽爾瓦尼置換反應(yīng)和電化學(xué)沉積法制備Ag-Cu雙金屬納米枝晶和Ag-Cu納米合金。電化學(xué)方法測試了Ag-Cu催化劑對氧還原反應(yīng)的催化活性,并結(jié)合物理表征研究了Ag-Cu納米催化劑提高氧還原反應(yīng)催化活性的機(jī)制。論文的主要實驗結(jié)論如下:(1)伽爾瓦尼置換反應(yīng)制備Ag-Cu催化劑。Ag-Cu催化劑直接負(fù)載在泡沫鎳集流極上,形成無碳、無粘接劑的催化劑層。該Ag-Cu催化劑具有枝晶狀形貌,并且為Ag,Cu兩相分離的雙金屬納米材料。制備過程中,前驅(qū)體溶液CuSO_4和AgNO_3的濃度對Ag-Cu納米材料的形貌有較大影響。經(jīng)實驗證明,在0.3 M CuSO_4溶液中置換2 h,再在10 mM AgNO_3溶液中置換120 s的條件下,Ag-Cu納米材料為多層結(jié)構(gòu)且枝晶形貌生長完整。電化學(xué)測試表明Ag-Cu雙金屬納米催化劑催化氧還原的過程為4e~-路徑。催化活性是純Ag催化劑的2倍。以無碳、無粘接劑的Ag-Cu雙金屬納米枝晶催化劑作為空氣陰極,一次鋅空氣電池在20mA cm~(-2)電流密度下的放電電壓為1.11 V。電池比容量和比功率密度分別為572mAh g~(-1)和641 mWh g~(-1)�？沙滗\空氣電池的往復(fù)循環(huán)效率為53.9%。(2)電化學(xué)沉積法制備具有部分固溶的Ag-Cu納米合金催化劑。通過改變前驅(qū)體溶液中Ag與Cu離子的摩爾比,制備了不同Cu含量的Ag-Cu納米合金。通過氧還原活性的測試結(jié)果,得出提高Ag-Cu納米合金催化活性的有效Cu含量為17%-40%。Ag-Cu納米合金的催化活性為純Ag的2.5倍。合金化后的Ag-Cu納米材料具有較高的抗氧化性。以無碳、無粘接劑的Ag-Cu納米合金催化劑作為空氣陰極,一次鋅空氣電池在20 mA cm~(-2)電流密度下的放電電壓為1.18 V�？沙滗\空氣電池的往復(fù)循環(huán)效率為56.4%。且Ag-Cu納米合金在鋅空氣電池中具有較好的抗CO_2中毒性。
[Abstract]:As an efficient and clean new energy technology, metal air battery has received more and more attention. The study of electrocatalysts for oxygen reduction has always been a hot issue in metal air batteries. In order to improve the catalytic activity of oxygen reduction reaction, increase the stability of catalyst and reduce the cost of catalyst, the study of Ag based catalyst is of great significance. The main research content of this paper is the catalytic activity of Ag-Cu nano-catalyst. In this paper, Ag-Cu bimetallic dendrites and Ag-Cu nanoalloys were prepared by Galvani substitution reaction and electrochemical deposition, respectively. The catalytic activity of Ag-Cu catalyst for oxygen reduction reaction was measured by electrochemical method, and the mechanism of improving the catalytic activity of oxygen reduction reaction with Ag-Cu nano-catalyst was studied by physical characterization. The main experimental conclusions of this paper are as follows: (1) Ag-Cu catalyst was prepared by Galvani substitution reaction. Ag-Cu catalyst was directly supported on the foam nickel collector to form a carbon-free and non-adhesive catalyst layer. The Ag-Cu catalyst has dendritic morphology and is a bimetallic nanomaterials with Ag,Cu two-phase separation. In the preparation process, the concentration of CuSO_4 and AgNO_3 in precursor solution has a great influence on the morphology of Ag-Cu nanomaterials. The experimental results show that when the Ag-Cu nanomaterials are replaced in 0.3M CuSO_4 solution for 2 h and then in 10 mM AgNO_3 solution for 120s, the Ag-Cu nanomaterials are multilayered and the dendritic morphology is complete. Electrochemical tests show that the process of oxygen reduction catalyzed by Ag-Cu bimetallic nanocatalyst is 4e path. The catalytic activity is twice as high as that of pure Ag catalyst. The discharge voltage of primary zinc air battery at 20mA cm~ (- 2) current density is 1.11 V. using Ag-Cu bimetallic nano-dendritic catalyst without carbon and adhesive as air cathode. The specific capacity and specific power density of the cell are 572mAh g ~ (- 1) and 641 mWh g ~ (- 1), respectively. The reciprocating cycle efficiency of rechargeable zinc air battery is 53.9%. (2) Ag-Cu nano-alloy catalyst with partial solid solution was prepared by electrochemical deposition. By changing the molar ratio of Ag to Cu ions in precursor solution, Ag-Cu nano-alloys with different Cu contents were prepared. Through the test results of oxygen reduction activity, it is concluded that the effective Cu content to improve the catalytic activity of Ag-Cu nano-alloy is 2.5 times of that of 17%-40%.Ag-Cu nano-alloy, which is 2.5 times of that of pure Ag. The alloyed Ag-Cu nanomaterials have high oxidation resistance. Using carbon-free and non-adhesive Ag-Cu nanoalloy catalyst as air cathode, the discharge voltage of primary zinc air battery at 20 mA cm~ (- 2) current density is 1.18 V. The reciprocating cycle efficiency of rechargeable zinc air battery is 56.4%. Ag-Cu nano-alloy has good anti-CO_2 toxicity in zinc-air battery.
【學(xué)位授予單位】：西北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ426;TM911.41

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本文編號：2475514