發(fā)布時間：2017-10-03 19:42

  本文關(guān)鍵詞：石墨烯—碳納米管負載型催化劑催化氧化甲醇研究

  更多相關(guān)文章： 石墨烯-碳納米管 貴金屬 甲醇氧化 穩(wěn)定性 抗毒性

【摘要】：直接甲醇燃料電池(direct methanol fuel cells, DMFC)是一種能夠?qū)⒓状纪ㄟ^在電極與電解質(zhì)溶液的界面上發(fā)生化學(xué)反應(yīng)直接將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N裝置,具有能量轉(zhuǎn)化效率高、操作溫度低和環(huán)境友好等優(yōu)點。傳統(tǒng)的鉑(Pt)基催化劑是目前使用最廣泛的用于甲醇電催化氧化的電催化劑,由于Pt價格昂貴、資源稀缺且容易被甲醇電催化氧化過程中產(chǎn)生的中間產(chǎn)物占據(jù)活性位點而造成催化劑中毒等問題,因此降低Pt的含量或者設(shè)計不含Pt的催化劑,同時提高催化劑的抗毒性、催化活性和穩(wěn)定性成為研究的重點。一維的碳納米管和二維的石墨烯具有：大的比表面積,有利于催化劑的分散；卓越的導(dǎo)電性,有利于氧化還原過程中電子的轉(zhuǎn)移；化學(xué)轉(zhuǎn)化得到的石墨烯含有的缺陷和官能團有利于催化劑的粘附和固定在其表面。因此,二者作為催化劑的載體而受到廣泛關(guān)注�；谝陨纤悸�,本文從催化劑的載體著手,以降低Pt的含量或者設(shè)計不含Pt的高性能催化劑為目標,開展以下研究：(1) Pd/NrGO@NCNTs復(fù)合材料的合成及其對甲醇電催化氧化性能研究：本文中,采用一步電沉積含有氯鈀酸鈉的氧化石墨烯與碳納米管的膠體溶液,制備了還原氧化石墨烯與碳納米管負載Pd納米粒子復(fù)合材料(Pd/rGO@CNTs),再經(jīng)過氨熱處理,實現(xiàn)碳載體的氮摻雜和Pd納米粒子的減小,得到了氮摻雜的還原氧化石墨烯與碳納米管負載超細Pd納米粒子(Pd/NrGO@NCNTs)。通過電化學(xué)性能表征實驗,結(jié)果表明：Pd/NrGO@NCNTs復(fù)合材料對甲醇電催化氧化的最大峰電流(895.9 A g-1)是商業(yè)的Pd/C (120.0 A g-1)催化劑備7.47倍,表現(xiàn)出很高的催化活性、穩(wěn)定性和抗毒性。(2) Pt/Cu/rGO@CNTs的制備及其對甲醇電催化氧化性能探究：通過一步電沉積含有硫酸銅(CuSO4)的氧化石墨烯與碳納米管懸浮液制備了三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的還原氧化石墨烯與碳納米管負載銅納米片的復(fù)合材料,然后通過與氯鉑酸的簡單置換反應(yīng),合成了三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的還原氧化石墨烯和碳納米管負載Pt/Cu電催化劑(Pt/Cu/rGO@CNTs).通過掃描電鏡、透射電鏡等表征手段說明Pt是生長在Cu納米片的表面,以形成富Pt的結(jié)構(gòu),提高了Pt催化劑的利用率,同時電化學(xué)實驗表明該復(fù)合材料對甲醇電催化氧化表現(xiàn)出了很好的電催化活性、穩(wěn)定性和抗毒性。
【關(guān)鍵詞】：石墨烯-碳納米管 貴金屬 甲醇氧化 穩(wěn)定性 抗毒性
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(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5-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-22
• 1.1 燃料電池概述11
• 1.2 直接甲醇燃料電池概述11-14
• 1.2.1 直接甲醇燃料電池的優(yōu)點11-12
• 1.2.2 直接甲醇燃料電池的結(jié)構(gòu)以及工作原理12
• 1.2.3 直接甲醇燃料電池甲醇的電催化氧化機理12-13
• 1.2.4 直接甲醇燃料電池陽極催化劑面臨的主要問題13-14
• 1.3 直接甲醇燃料電池陽極電催化劑的種類14-16
• 1.3.1 鉑及鉑基陽極電催化劑14-15
• 1.3.2 鈀及鈀基陽極電催化劑15-16
• 1.3.3 其它非貴金屬陽極電催化劑16
• 1.4 直接甲醇燃料電池陽極電催化劑的載體16-20
• 1.4.1 炭黑16-17
• 1.4.2 碳納米管17
• 1.4.3 石墨烯17-18
• 1.4.4 導(dǎo)電聚合物18-19
• 1.4.5 金屬化合物19
• 1.4.6 復(fù)合載體材料19-20
• 1.5 本課題研究意義和內(nèi)容20-22
• 第2章 Pd/NrGO@NCNTs復(fù)合材料的合成及其對甲醇電催化氧化性能研究22-38
• 2.1 引言22-23
• 2.2 實驗部分23-26
• 2.2.1 實驗儀器和試劑23-24
• 2.2.2 氧化石墨的制備24
• 2.2.3 電沉積前驅(qū)液的制備24
• 2.2.4 氯鈀酸鈉溶液的制備24
• 2.2.5 復(fù)合材料的制備24-25
• 2.2.6 商業(yè)Pd/C催化劑的制備25
• 2.2.7 復(fù)合材料的表征25
• 2.2.8 復(fù)合材料對甲醇電催化氧化的電化學(xué)性能表征25
• 2.2.9 復(fù)合材料對純一氧化碳電催化氧化的電化學(xué)性能實驗25-26
• 2.3 結(jié)果與討論26-37
• 2.3.1 氧化石墨烯-碳納米管膠體溶液的制備26
• 2.3.2 復(fù)合材料的電鏡表征26-31
• 2.3.3 復(fù)合材料的XRD表征31
• 2.3.4 復(fù)合材料的拉曼光譜表征31-32
• 2.3.5 復(fù)合材料的XPS表征32-33
• 2.3.6 復(fù)合材料的電化學(xué)活性表面積33-34
• 2.3.7 復(fù)合材料對甲醇電催化氧化的活性34-35
• 2.3.8 復(fù)合材料對甲醇電催化氧化的穩(wěn)定性35-36
• 2.3.9 復(fù)合材料對純一氧化碳電催化氧化的活性36-37
• 2.4 本章小結(jié)37-38
• 第3章 Pt/Cu/rGO@CNTs的制備及其對甲醇電催化氧化性能研究38-51
• 3.1 引言38-39
• 3.2 實驗部分39-41
• 3.2.1 實驗設(shè)備和試劑39-40
• 3.2.2 氧化石墨的制備40
• 3.2.3 電沉積前驅(qū)液的制備40
• 3.2.4 復(fù)合材料的制備40-41
• 3.2.5 商業(yè)Pt/C催化劑的制備41
• 3.2.6 復(fù)合材料的表征41
• 3.2.7 復(fù)合材料對甲醇電催化氧化的電化學(xué)表征41
• 3.2.8 復(fù)合材料對純一氧化碳電催化氧化的電化學(xué)實驗41
• 3.3 結(jié)果與討論41-50
• 3.3.1 復(fù)合材料的制備41-42
• 3.3.2 復(fù)合材料的電鏡表征42-45
• 3.3.3 復(fù)合材料的XRD表征45-46
• 3.3.4 復(fù)合材料的拉曼光譜表征46
• 3.3.5 復(fù)合材料的電化學(xué)活性表面積46-47
• 3.3.6 復(fù)合材料對甲醇電催化氧化的活性47-48
• 3.3.7 復(fù)合材料對甲醇電催化氧化的穩(wěn)定性48-49
• 3.3.8 復(fù)合材料對純一氧化碳電催化氧化的活性49-50
• 3.4 本章小結(jié)50-51
• 結(jié)論51-52
• 展望52-53
• 參考文獻53-66
• 附錄A 攻讀碩士學(xué)位論文期間發(fā)表的論文66-67
• 致謝67

【相似文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 ;科學(xué)家首次用納米管制造出石墨烯帶[J];電子元件與材料;2009年06期

2 ;石墨烯研究取得系列進展[J];高科技與產(chǎn)業(yè)化;2009年06期

3 ;新材料石墨烯[J];材料工程;2009年08期

4 ;日本開發(fā)出在藍寶石底板上制備石墨烯的技術(shù)[J];硅酸鹽通報;2009年04期

5 馬圣乾;裴立振;康英杰;;石墨烯研究進展[J];現(xiàn)代物理知識;2009年04期

6 傅強;包信和;;石墨烯的化學(xué)研究進展[J];科學(xué)通報;2009年18期

7 ;納米中心石墨烯相變研究取得新進展[J];電子元件與材料;2009年10期

8 徐秀娟;秦金貴;李振;;石墨烯研究進展[J];化學(xué)進展;2009年12期

9 張偉娜;何偉;張新荔;;石墨烯的制備方法及其應(yīng)用特性[J];化工新型材料;2010年S1期

10 萬勇;馬廷燦;馮瑞華;黃健;潘懿;;石墨烯國際發(fā)展態(tài)勢分析[J];科學(xué)觀察;2010年03期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 成會明;;石墨烯的制備與應(yīng)用探索[A];中國力學(xué)學(xué)會學(xué)術(shù)大會'2009論文摘要集[C];2009年

2 錢文;郝瑞;侯仰龍;;液相剝離制備高質(zhì)量石墨烯及其功能化[A];中國化學(xué)會第27屆學(xué)術(shù)年會第04分會場摘要集[C];2010年

3 張甲;胡平安;王振龍;李樂;;石墨烯制備技術(shù)與應(yīng)用研究的最新進展[A];第七屆中國功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會議論文集（第3分冊）[C];2010年

4 趙東林;白利忠;謝衛(wèi)剛;沈曾民;;石墨烯的制備及其微波吸收性能研究[A];第七屆中國功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會議論文集（第7分冊）[C];2010年

5 沈志剛;李金芝;易敏;;射流空化方法制備石墨烯研究[A];顆粒學(xué)最新進展研討會——暨第十屆全國顆粒制備與處理研討會論文集[C];2011年

6 王冕;錢林茂;;石墨烯的微觀摩擦行為研究[A];2011年全國青年摩擦學(xué)與表面工程學(xué)術(shù)會議論文集[C];2011年

7 趙福剛;李維實;;樹枝狀結(jié)構(gòu)功能化石墨烯[A];2011年全國高分子學(xué)術(shù)論文報告會論文摘要集[C];2011年

8 吳孝松;;碳化硅表面的外延石墨烯[A];2011中國材料研討會論文摘要集[C];2011年

9 周震;;后石墨烯和無機石墨烯材料:計算與實驗的結(jié)合[A];中國化學(xué)會第28屆學(xué)術(shù)年會第4分會場摘要集[C];2012年

10 周琳;周璐珊;李波;吳迪;彭海琳;劉忠范;;石墨烯光化學(xué)修飾及尺寸效應(yīng)研究[A];2011中國材料研討會論文摘要集[C];2011年

中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 姚耀;石墨烯研究取得系列進展[N];中國化工報;2009年

2 劉霞;韓用石墨烯制造出柔性透明觸摸屏[N];科技日報;2010年

3 記者 王艷紅;“解密”石墨烯到底有多奇妙[N];新華每日電訊;2010年

4 本報記者 李好宇 張們捷(實習(xí)) 特約記者 李季;石墨烯未來應(yīng)用的十大猜想[N];電腦報;2010年

5 證券時報記者 向南;石墨烯貴過黃金15倍 生產(chǎn)不易炒作先行[N];證券時報;2010年

6 本報特約撰稿 吳康迪;石墨烯 何以結(jié)緣諾貝爾獎[N];計算機世界;2010年

7 記者 謝榮　通訊員 夏永祥 陳海泉 張光杰;石墨烯在泰實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化[N];泰州日報;2010年

8 本報記者 紀愛玲;石墨烯：市場未啟 炒作先行[N];中國高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)導(dǎo)報;2011年

9 周科競;再說石墨烯的是與非[N];北京商報;2011年

10 王小龍;新型石墨烯材料薄如紙硬如鋼[N];科技日報;2011年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 呂敏;雙層石墨烯的電和磁響應(yīng)[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2011年

2 羅大超;化學(xué)修飾石墨烯的分離與評價[D];北京化工大學(xué);2011年

3 唐秀之;氧化石墨烯表面功能化修飾[D];北京化工大學(xué);2012年

4 王崇;石墨烯中缺陷修復(fù)機理的理論研究[D];吉林大學(xué);2013年

5 盛凱旋;石墨烯組裝體的制備及其電化學(xué)應(yīng)用研究[D];清華大學(xué);2013年

6 姜麗麗;石墨烯及其復(fù)合薄膜在電極材料中的研究[D];西南交通大學(xué);2015年

7 姚成立;多級結(jié)構(gòu)石墨烯/無機非金屬復(fù)合材料的仿生合成及機理研究[D];安徽大學(xué);2015年

8 伊丁;石墨烯吸附與自旋極化的第一性原理研究[D];山東大學(xué);2015年

9 梁巍;基于石墨烯的氧還原電催化劑的理論計算研究[D];武漢大學(xué);2014年

10 王義;石墨烯的模板導(dǎo)向制備及在電化學(xué)儲能和腫瘤靶向診療方面的應(yīng)用[D];復(fù)旦大學(xué);2014年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 詹曉偉;碳化硅外延石墨烯以及分子動力學(xué)模擬研究[D];西安電子科技大學(xué);2011年

2 王晨;石墨烯的微觀結(jié)構(gòu)及其對電化學(xué)性能的影響[D];北京化工大學(xué);2011年

3 苗偉;石墨烯制備及其缺陷研究[D];西北大學(xué);2011年

4 蔡宇凱;一種新型結(jié)構(gòu)的石墨烯納米器件的研究[D];南京郵電大學(xué);2012年

5 金麗玲;功能化石墨烯的酶學(xué)效應(yīng)研究[D];蘇州大學(xué);2012年

6 黃凌燕;石墨烯拉伸性能與尺度效應(yīng)的研究[D];華南理工大學(xué);2012年

7 劉汝盟;石墨烯熱振動分析[D];南京航空航天大學(xué);2012年

8 雷軍;碳化硅上石墨烯的制備與表征[D];西安電子科技大學(xué);2012年

9 于金海;石墨烯的非共價功能化修飾及載藥系統(tǒng)研究[D];青島科技大學(xué);2012年

10 李晶;高分散性石墨烯的制備[D];上海交通大學(xué);2013年

，

本文編號：966369