本文關(guān)鍵詞：基于硅基納米復(fù)合結(jié)構(gòu)電極的堿性糖類燃料電池研究

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【摘要】：在通信基站和便攜式電子設(shè)備中,燃料電池的應(yīng)用研究已開(kāi)展多年并逐步開(kāi)始了商業(yè)化應(yīng)用。相對(duì)于比較成熟的氫及甲醇燃料電池,糖類物質(zhì)安全無(wú)毒、可利用量巨大,是一種更有前途的燃料物質(zhì)。而硅基納米結(jié)構(gòu)材料比表面積大、機(jī)械穩(wěn)定性高并能夠同微電子工藝相兼容,與具有催化活性的材料復(fù)合以后,能夠發(fā)揮協(xié)同作用,激發(fā)催化活性,現(xiàn)已運(yùn)用于多種燃料電池設(shè)備構(gòu)建中。本文先制備出了一種鈀-鎳/硅納米線復(fù)合結(jié)構(gòu)電極;而后研究了其對(duì)六種糖類物質(zhì)的電催化氧化能力,得出燃料電池相關(guān)的基本指標(biāo)參數(shù);最后構(gòu)建了簡(jiǎn)單的樣機(jī)并分析了原理。具體而言,可將工作分為以下三個(gè)部分。一、利用基于伽伐尼原電池原理制備出了高度有序并擁有極大比表面積的硅納米線陣列,而后利用無(wú)電鍍鎳技術(shù)在Si NWs陣列表面進(jìn)行Ni的沉積,利用恒電流沉積法進(jìn)行Pd的沉積,完成Pd-Ni/SiNWs復(fù)合電極的制備工作。使用掃描電子顯微鏡、X射線衍射、X射線能譜等手段對(duì)其進(jìn)行了表征。循環(huán)伏安掃描測(cè)試初步表明Pd-Ni/SiNWs復(fù)合電極擁有較好的電化學(xué)穩(wěn)定性,背景溶液中50次掃描的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差RSD≈4.33%;計(jì)算得出Pd-Ni/SiNWs復(fù)合電極的電化學(xué)表面活性面積約為51.5 cm2,較同表觀面積的Pd-Ni/Si平面電極提高了約100倍。二、為得出燃料電池相關(guān)的基本指標(biāo)參數(shù),在堿性條件下開(kāi)展了Pd-Ni/SiNWs復(fù)合電極對(duì)糖類電催化氧化能力的研究:以KOH為電解質(zhì),利用循環(huán)伏安法、計(jì)時(shí)電流法、塔菲爾曲線及開(kāi)路電位-時(shí)間曲線等電化學(xué)測(cè)試手段,研究了在高濃度和低濃度條件下所制得的Pd-Ni/SiNWs復(fù)合電極對(duì)葡萄糖、果糖、麥芽糖、乳糖、蔗糖及淀粉等六種常見(jiàn)糖類物質(zhì)的電催化氧化能力。所得結(jié)果表明,在本文實(shí)驗(yàn)體系中,Pd-Ni/SiNWs復(fù)合電極對(duì)四種還原性糖類均表現(xiàn)出了較好的電催化氧化能力。此外,在低濃度下條件下,響應(yīng)電流在一定范圍內(nèi)呈現(xiàn)出了較好的線性特征。三、整合并對(duì)比分析了實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù),成功構(gòu)建了簡(jiǎn)單的糖類燃料電池測(cè)試樣機(jī)。以果糖為例,其開(kāi)路電壓約為0.89 V,短路電流約為11 mA。此外,結(jié)合本文所得實(shí)驗(yàn)結(jié)果和相關(guān)的文獻(xiàn),探索性的討論了堿性條件下鈀基催化劑對(duì)糖類的催化氧化機(jī)理。
【關(guān)鍵詞】：燃料電池 鈀-鎳/硅納米線 糖類 通信電源
【學(xué)位授予單位】：齊齊哈爾大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TM911.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 緒論8-14
• 1.1 課題背景及意義8-9
• 1.2 通信用燃料電池的發(fā)展及研究現(xiàn)狀9-12
• 1.2.1 燃料電池概述9
• 1.2.2 通信用燃料電池的現(xiàn)狀9-10
• 1.2.3 燃料電池的燃料物質(zhì)發(fā)展10-11
• 1.2.4 糖類燃料電池陽(yáng)極的研究現(xiàn)狀11-12
• 1.3 本文主要研究?jī)?nèi)容12-14
• 2 Pd-Ni/SiNWs復(fù)合電極的制備表征及性能測(cè)試14-27
• 2.1 硅基電極襯底的制備及表征14-16
• 2.1.1 基于伽伐尼原電池刻蝕制備多孔硅結(jié)構(gòu)電極襯底14-15
• 2.1.2 SiNWs形貌表征15-16
• 2.2 Pd-Ni/SiNWs陣列電極的制備及表征16-23
• 2.2.1 鎳的無(wú)電鍍17-18
• 2.2.2 鈀的電沉積18-21
• 2.2.3 Pd-Ni/SiNWs復(fù)合電極表征21-23
• 2.3 Pd-Ni/SiNWs復(fù)合電極性能測(cè)試23-25
• 2.3.1 背景溶液測(cè)試及穩(wěn)定性分析23-24
• 2.3.2 電化學(xué)活性面積計(jì)算24-25
• 2.4 本章小結(jié)25-27
• 3 Pd-Ni/SiNWs復(fù)合電極對(duì)單糖的電化學(xué)性能測(cè)試27-42
• 3.1 實(shí)驗(yàn)測(cè)試體系及測(cè)試技術(shù)27-30
• 3.1.1 電極體系27-28
• 3.1.2 相關(guān)測(cè)試技術(shù)28-30
• 3.2 Pd-Ni/SiNWs電極對(duì)葡萄糖的電化學(xué)性能測(cè)試30-33
• 3.2.1 電化學(xué)基本性能參數(shù)測(cè)試及分析30-33
• 3.2.2 葡萄糖濃度對(duì)電流響應(yīng)的影響33
• 3.3 Pd-Ni/SiNWs電極對(duì)果糖的電化學(xué)性能測(cè)試33-41
• 3.3.1 電化學(xué)基本性能參數(shù)測(cè)試及分析34-36
• 3.3.2 體系組分濃度影響36-38
• 3.3.3 低濃度條件下的響應(yīng)及線性度38-41
• 3.4 本章小結(jié)41-42
• 4 Pd-Ni/SiNWs復(fù)合電極對(duì)二糖及多糖的電化學(xué)性能分析42-54
• 4.1 Pd-Ni/SiNWs電極對(duì)麥芽糖的電化學(xué)性能測(cè)試42-47
• 4.1.1 電化學(xué)基本性能參數(shù)測(cè)試及分析42-44
• 4.1.2 體系中溶液濃度影響44-46
• 4.1.3 低濃度條件下的響應(yīng)及線性度46-47
• 4.2 Pd-Ni/SiNWs電極對(duì)乳糖的電化學(xué)性能測(cè)試47-52
• 4.2.1 電化學(xué)基本性能參數(shù)測(cè)試及分析47-49
• 4.2.2 體系溶液濃度影響49-51
• 4.2.3 低濃度條件下的響應(yīng)及線性度51-52
• 4.3 Pd-Ni/SiNWs電極對(duì)蔗糖的電化學(xué)性能測(cè)試52
• 4.4 Pd-Ni/SiNWs電極對(duì)淀粉的電化學(xué)性能測(cè)試52-53
• 4.5 本章小結(jié)53-54
• 5 模型機(jī)的封裝及討論分析54-59
• 5.1 糖類燃料電池的測(cè)試樣機(jī)54-56
• 5.1.1 數(shù)據(jù)整合及分析54-55
• 5.1.2 模型樣機(jī)測(cè)試55-56
• 5.2 電極催化氧化糖類機(jī)理分析56-59
• 結(jié)論59-60
• 參考文獻(xiàn)60-64
• 攻讀碩士學(xué)位期間學(xué)術(shù)成果情況64-65
• 致謝65

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本文編號(hào)：951802