本文關(guān)鍵詞：金屬氧化物對Pt催化氧化甲醇的助催化作用

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【摘要】：在能源匱乏、環(huán)境污染日益嚴(yán)重的當(dāng)今社會,燃料電池作為一種新型清潔能源具有重要的應(yīng)用前景。在燃料電池的諸多類型中,直接甲醇燃料電池由于燃料來源方便、能量密度高等特點更具有重要地位。迄今為止,貴金屬Pt仍然是直接甲醇燃料電池最常用的催化材料,無論是陽極甲醇氧化反應(yīng)還是陰極氧還原反應(yīng),貴金屬Pt的優(yōu)異催化性能還難以被其他的普通金屬所替代。但Pt的價格昂貴,而且Pt基催化劑易被CO等中間體所毒化,穩(wěn)定性差,使得直接甲醇燃料電池的商業(yè)化應(yīng)用仍然受到限制。為提高Pt基催化劑的催化活性、抗CO中毒能力以及穩(wěn)定性,本工作設(shè)計并合成了一系列金屬氧化物(不同形貌的氧化鐵)、導(dǎo)電聚合物聚苯胺納米管(PANI)以及復(fù)合金屬氧化物(V摻雜氧化錫納米顆粒),以此作為Pt催化劑的助劑,考察不同助劑對Pt催化劑在堿性介質(zhì)中催化氧化甲醇的促進作用。具體結(jié)果如下：1.通過傳統(tǒng)共沉淀法和水熱法分別制備了納米棒和六邊形納米片狀的氧化鐵,并以此作為Pt催化劑的助劑,考察助劑形貌對Pt催化氧化甲醇的促進作用。通過X射線衍射、掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡、X射線光電子能譜以及電化學(xué)測試技術(shù)對該類催化劑進行了表征,其中電化學(xué)測試方法包括循環(huán)伏安法和計時電流法。研究結(jié)果顯示,氧化鐵的存在能顯著提高Pt催化劑在堿性介質(zhì)中對甲醇氧化的電催化性能,而且以氧化鐵納米棒作為助劑制備的Pt-Fe2O3/C-R催化劑比氧化鐵納米片作為助劑制備的Pt-Fe2O3/C-P催化劑呈現(xiàn)出更高的催化活性以及穩(wěn)定性。Pt-Fe2O3/C-R催化劑中Pt的質(zhì)量比催化活性和本征活性分別為5.1mAμg-1和92.9 Am-2pt,分別為是Pt-Fe2O3/C-P催化劑1.76和1.96倍,是商業(yè)Pt/C樣品的4.64和4.51倍。這種提高可能是由于Pt-Fe2O3/C-R樣品中Pt電子結(jié)構(gòu)的改變所致。2.通過水熱法制備了氧化鉬納米棒,以此納米棒為模板,利用過硫酸銨為引發(fā)劑,在氧化鉬納米棒表面聚合苯胺,采用一步法制備了聚苯胺納米管。即在氧化鉬納米棒溶解的同時苯胺聚合并沉積至原納米棒表面。以氧化鉬納米棒和聚苯胺納米管為載體,擔(dān)載Pt制備了Pt/MoO3/C樣品以及Pt/PANI/C樣品,研究了MoO3和PANI對Pt在堿性介質(zhì)中催化氧化甲醇的催化活性以及穩(wěn)定性的促進作用。研究結(jié)果表明,將MoO3引入到Pt基催化劑中,能夠提高催化劑對甲醇的電催化氧化活性及穩(wěn)定性,而對于聚苯胺納米管,其對甲醇的電催化氧化反應(yīng)則呈現(xiàn)出更好的助催化作用。電位為-0.15 V時,Pt/PANI/C催化劑中Pt的質(zhì)量比催化活性(11.1 mA μg-1)分別是商業(yè)JM公司Pt/C樣品Pt/MoO3/C的7.40和3.36倍。Pt/PANI/C的本征活性為126.7 A m-2Pt,分別是Pt/MoO3/C(66.9 A m-2Pt)和商業(yè)Pt/C(28.1 A m-2 Pt)的1.89和4.50倍。具有良好導(dǎo)電性的聚苯胺納米管網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)一方面提高了Pt的分散狀態(tài),另一方面,其高分子鏈對穩(wěn)定Pt催化劑以及提升Pt催化性能方面具有明顯的促進作用。3.制備了納米Sn02氧化物以及V摻雜的V-SnO2復(fù)合氧化物,而后擔(dān)載Pt分別制備了Pt/SnO2/C樣品和Pt/V-SnO2/C樣品,并考察了Sn02和V-SnO2對Pt在堿性介質(zhì)中催化氧化甲醇的催化活性以及穩(wěn)定性的促進作用。研究發(fā)現(xiàn),將SnO2引入到Pt基催化劑中,能夠提高催化劑對甲醇的電催化氧化活性及穩(wěn)定性,而V摻雜的SnO2擔(dān)載Pt催化劑,對甲醇的電催化氧化反應(yīng)呈現(xiàn)出更好的助催化作用。電位為-0.20 V時,Pt/V-SnO2/C催化劑中Pt的質(zhì)量比催化活性(2.8 mAμg-1)分別是JMPt/C樣品Pt/SnO2/C的2.2和1.4倍。就本征催化活性而言,Pt/V-SnO2/C為118.1Am2Pt分別是Pt/SnO2/C(70.2 Am-2 Pt)和商業(yè)Pt/C(24.3 A m-2 Pt)的1.68和4.86倍。結(jié)果表明,將V引入至SnO2制備的復(fù)合氧化物對Pt催化氧化甲醇具有更高的助催化作用。
【關(guān)鍵詞】：鉑 電催化劑 氧化鐵 聚苯胺 二氧化錫 甲醇電氧化反應(yīng)
【學(xué)位授予單位】：曲阜師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O643.36
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-22
• 1.1 引言9
• 1.2 燃料電池9-12
• 1.2.1 燃料電池的發(fā)展9-10
• 1.2.2 燃料電池的原理10-11
• 1.2.3 燃料電池的優(yōu)缺點11
• 1.2.4 燃料電池的分類11-12
• 1.3 直接甲醇燃料電池12-21
• 1.3.1 直接甲醇燃料電池的工作原理12
• 1.3.2 直接甲醇燃料電池的面臨的問題及對策12-13
• 1.3.3 直接甲醇燃料電池國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-21
• 1.3.4 電催化劑催化活性的評價方法21
• 1.4 本論文的工作思路和主要內(nèi)容21-22
• 第2章 不同形貌的氧化鐵對Pt電催化氧化甲醇的助催化作用22-36
• 2.1 引言22-23
• 2.2 實驗部分23-25
• 2.2.1 化學(xué)試劑23
• 2.2.2 Fe_2O_3納米棒以及Fe_2O_3納米片的制備23-24
• 2.2.3 Pt-Fe_2O_3/C催化劑的制備24
• 2.2.4 Pt-Fe_2O_3/C催化劑的物理化學(xué)表征24
• 2.2.5 Pt-Fe_2O_3/C催化劑的電化學(xué)表征24-25
• 2.3 結(jié)果與討論25-34
• 2.3.1 Pt-Fe_2O_3/C催化劑的表征25-29
• 2.3.2 Pt-Fe_2O_3/C催化劑的的電化學(xué)性能研究29-34
• 2.4 結(jié)論34-36
• 第3章 聚苯胺納米管對Pt電催化氧化甲醇的助催化作用36-48
• 3.1 引言36-37
• 3.2 實驗部分37-39
• 3.2.1 化學(xué)試劑37
• 3.2.2 MoO_3納米棒以及聚苯胺(PANI)納米管的制備37-38
• 3.2.3 Pt/MoO_3/C或Pt/PANI/C催化劑的制備38
• 3.2.4 Pt/MoO_3/C或Pt/PANI/C催化劑的物理化學(xué)表征38
• 3.2.5 Pt/MoO_3/C或Pt/PANI/C催化劑的電化學(xué)表征38-39
• 3.3 結(jié)果與討論39-46
• 3.3.1 Pt/MoO_3/C和Pt/PANI/C催化劑的表征39-42
• 3.3.2 堿性條件下Pt/MoO_3/和Pt/PANI/C催化劑的電化學(xué)性能研究42-46
• 3.4 結(jié)論46-48
• 第4章 V摻雜SnO_2對Pt上甲醇氧化反應(yīng)的助催化作用48-58
• 4.1 引言48-49
• 4.2 實驗部分49-51
• 4.2.1 化學(xué)試劑49
• 4.2.2 SnO_2以及V-SnO_2樣品的制備49-50
• 4.2.3 Pt/SnO_2/C或Pt/V-SnO_2/C催化劑的制備50
• 4.2.4 Pt/SnO_2/C或Pt/V-SnO_2/C催化劑的物理化學(xué)表征50
• 4.2.5 Pt/SnO_2/C或Pt/V-SnO_2/C催化劑的電化學(xué)表征50-51
• 4.3 結(jié)果與討論51-57
• 4.3.1 Pt/SnO_2/C或Pt/V-SnO_2/C催化劑的表征51-53
• 4.3.2 堿性條件下Pt/SnO_2/C、Pt/V-SnO_2/C催化劑的的電化學(xué)性能研究53-57
• 4.4 結(jié)論57-58
• 全文總結(jié)58-59
• 論文的創(chuàng)新點與不足59-60
• 參考文獻60-69
• 在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及研究成果69-70
• 致謝70

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1 楊海芳;金屬氧化物對Pt催化氧化甲醇的助催化作用[D];曲阜師范大學(xué);2016年

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本文編號：595065