發(fā)布時(shí)間：2018-03-09 20:26

  本文選題：碳纖維基復(fù)合碳材料　切入點(diǎn)：Pt電催化劑　出處：《新疆大學(xué)》2017年碩士論文　論文類(lèi)型：學(xué)位論文

【摘要】：直接甲醇燃料電池(DMFC)體現(xiàn)著燃料電池技術(shù)的諸多優(yōu)勢(shì),在固定式和移動(dòng)式電源應(yīng)用領(lǐng)域吸引了人們的廣泛關(guān)注。電極催化劑的活性和穩(wěn)定性是促進(jìn)DMFC商業(yè)化的重要因素。催化劑的性能與載體材料的性質(zhì)息息相關(guān),碳納米纖維作為一種具有較大的比表面積、物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定且易與其它物質(zhì)復(fù)合的碳材料,作為燃料電池催化劑的載體具有很大應(yīng)用潛力。本文以簡(jiǎn)單高效的靜電紡絲技術(shù),采用聚丙烯腈(PAN)分別與氧化煤、氧化石墨烯(GO)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)等復(fù)合制備出了一系列碳納米纖維基復(fù)合材料,并以上述碳材料負(fù)載Pt制備了負(fù)載型Pt電催化劑,研究了所制備催化劑對(duì)甲醇氧化和氧氣還原反應(yīng)的催化性能。主要研究結(jié)果如下:1.分別采用PAN、PAN+新疆大黃山褐煤、PAN+醋酸鈷及PAN+新疆大黃山褐煤+醋酸鈷為原料,利用靜電紡絲法制備得到碳纖維(CF)、煤基碳纖維(coal-CF),含鈷碳纖維(Co-CF)及含鈷的煤基碳纖維(Co-coal-CF)。分別以上述碳材料負(fù)載Pt制備得到系列Pt電催化劑:Pt/CF,Pt/coal-CF,Pt/Co-CF和Pt/Co-coal-CF。物理化學(xué)表征和電化學(xué)性能測(cè)試結(jié)果表明:在Co-coal-CF的協(xié)同作用下,Pt納米顆粒均勻良好的分散于Co-coal-CF碳載體材料上,所得到的Pt/Co-coal-CF電極催化劑顯示出較高的抗CO毒化能力,以及良好的甲醇電氧化活性(甲醇氧化的峰電流值達(dá)到92.7A?g-1)和穩(wěn)定性。2.分別采用靜電紡絲、化學(xué)還原+靜電紡絲方法制備了兩種結(jié)構(gòu)不同的石墨烯/碳纖維復(fù)合材料:石墨烯嵌入碳纖維(RGO-CF)及石墨烯插層碳纖維(RGO/CF)。并以上述復(fù)合材料承載Pt制備得到Pt/RGO-CF和Pt/RGO/CF電極催化劑。物理化學(xué)表征及電化學(xué)測(cè)試結(jié)果顯示:RGO/CF復(fù)合材料表面豐富的石墨氮及含氧官能團(tuán)、較小的電荷傳遞阻力以及RGO/CF與Pt之間強(qiáng)烈的相互作用,使Pt/RGO/CF顯示出優(yōu)良的甲醇電氧化和氧還原反應(yīng)的催化性能,其氧還原催化活性及甲醇電氧化/氧還原反應(yīng)的催化穩(wěn)定性甚至優(yōu)于商業(yè)Pt/C催化劑。3.以不同配比的PAN和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)為原料,采用靜電紡絲技術(shù)制備了一系列的復(fù)合基碳纖維材料(PCFx,x表示PVP與PAN的質(zhì)量比),以此負(fù)載Pt納米顆粒得到系列Pt/PCFx催化劑。初步的研究結(jié)果表明:一定量PVP與PAN復(fù)合制備的PCF材料能有效提高其負(fù)載的Pt電催化劑的甲醇電催化氧化活性和穩(wěn)定性。
[Abstract]:Direct methanol fuel cell (DMFC) embodies many advantages of fuel cell technology. The activity and stability of the electrode catalyst are important factors to promote the commercialization of DMFC. The performance of the catalyst is closely related to the properties of the support material. As a kind of carbon material with large specific surface area, stable physical and chemical properties and easy to compound with other materials, carbon nanofibers have great application potential as catalysts for fuel cell. A series of carbon nanofiber matrix composites were prepared by blending polyacrylonitrile (pan) with oxidized coal, graphene oxide, polyvinylpyrrolidone (PVP) and supported Pt electrocatalysts. The catalytic properties of the catalysts for methanol oxidation and oxygen reduction were studied. The main results were as follows: 1. Pan pan and PAN Xinjiang Dar Huang Shan lignite acetate were used as raw materials, respectively. Carbon fiber (CFT), coal-based carbon fiber (CFC), coal-containing carbon fiber (Co-CFC) and coal-based carbon fiber (Co-coal-CFC) were prepared by electrospinning method. Pt was loaded with the above mentioned carbon materials to prepare a series of Pt electrocatalysts: PT / CFT / PtP / Co-CF and PtP / Co-coal-CFC. Physicochemical characterization and electrochemical characterization and electrochemical properties of Pt / Pt / Coal-CFT / Co / Co-CF were obtained respectively by loading Pt with the above mentioned carbon materials. The results of chemical properties test showed that the Pt nanoparticles were well dispersed on the Co-coal-CF carbon carrier under the synergistic action of Co-coal-CF. The obtained Pt/Co-coal-CF electrode catalyst shows high resistance to CO poisoning and good methanol electrooxidation activity (the peak current value of methanol oxidation is up to 92.7A? G-1) and stability. 2. Electrospinning, Two graphene / carbon fiber composites with different structure: graphene intercalated carbon fiber (RGO-CFC) and graphene intercalated carbon fiber (RGO-CFN) and graphene intercalated carbon fiber (RGO / CFN) were prepared by chemical reduction electrospinning method. Pt/RGO-CF and Pt/RGO/CF were prepared by loading Pt with the above composite materials. Electrode catalysts. Physicochemical characterization and electrochemical measurements show that the surface of the w / r o / CF composite is rich in graphite nitrogen and oxygen-containing functional groups. Because of the small charge transfer resistance and the strong interaction between RGO/CF and Pt, Pt/RGO/CF showed excellent catalytic performance in methanol electrooxidation and oxygen reduction. The catalytic activity of oxygen reduction and the catalytic stability of methanol electrooxidation / oxygen reduction reaction were even better than that of commercial Pt/C catalyst. A series of composite carbon fiber materials (PCFxX x) have been prepared by electrospinning technique to express the mass ratio of PVP to PAN, so as to support Pt nanoparticles to obtain a series of Pt/PCFx catalysts. The preliminary results show that a certain amount of PVP is combined with PAN. The prepared PCF material can effectively improve the catalytic activity and stability of Pt supported electrocatalysts for methanol oxidation.
【學(xué)位授予單位】：新疆大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：O643.36;TM911.4

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本文編號(hào)：1590120