本文選題：堿性聚合物電解質(zhì)膜燃料電池　切入點(diǎn)：非貴金屬催化劑　出處：《北京化工大學(xué)》2015年碩士論文

【摘要】：在堿性介質(zhì)中,氧氣的還原反應(yīng)(ORR)比在酸性介質(zhì)中更容易進(jìn)行,ORR速率也更快,所以堿性聚合物電解質(zhì)膜燃料電池(APEFC)可以選用非貴金屬催化劑,一般采用鎳、鈷、錳等過渡金屬作為陰極催化劑,這些催化劑在堿性介質(zhì)中具有足夠高的電化學(xué)活性,而且價格低廉,能夠降低燃料電池的成本,有望實(shí)現(xiàn)燃料電池的實(shí)用化。本論文合成了三個體系的非貴金屬陰極催化劑：(1)以草酸鹽為前驅(qū)物通過固相合成法制備了尖晶石氧化物MnCo2O4,并與Vulcan XC-72復(fù)合經(jīng)高溫?zé)崽幚砗蠛铣蒑nCo2O4/C系列催化劑,分別考察了600℃、700℃、800℃和900℃這幾個熱處理溫度對MnCo2O4/C催化劑活性的影響。測試結(jié)果表明當(dāng)熱處理溫度為7000C時,MnCo2O4/C催化劑的催化性能最好,MnCO2O4/C-7OO催化劑的氧起始還原電位為0.84V,電子轉(zhuǎn)移數(shù)為3.48,氧還原反應(yīng)過程是二電子和四電子混合控制過程。(2)通過高溫固相法合成尖晶石氧化物MnCo2O4,并與PANI原位復(fù)合,制備了一系列的MnCo2O4/N-C復(fù)合催化劑,考察了熱處理溫度和MnCo2O4含量對催化劑的催化活性的影響,電化學(xué)測試表明,當(dāng)MnCo2O4含量為15wt.%,熱處理溫度為900℃時,制備的15MnCo2O4/N-C-900催化劑具有最好的催化氧還原活性,起始還原電位為0.90V,穩(wěn)定性優(yōu)于商業(yè)鉑碳,其氧還原反應(yīng)過程涉及二電子和四電子過程。通過XRD、Raman測試和XPS測試,15MnCo2O4/N-C-900催化劑經(jīng)9000C熱處理后,其中的MnCo2O4部分分解,分解為鈷和錳的氧化物,有利于提高催化劑的催化活性,該催化劑具有更高含量的石墨型氮和石墨化碳,這也是其催化活性較高的一個重要原因。(3)用微波法合成了超細(xì)CoFe2O4粉體并與PANI原位復(fù)合,制備了一系列的CoFe2O4/N-C催化劑,合成的復(fù)合催化劑氧還原活性高于單純的CoFe2O4和PANI,考察了熱處理溫度和CoFe2O4含量對催化活性的影響,電化學(xué)測試表明,當(dāng)CoFe2O4含量為5 wt.%,熱處理溫度為1000℃時,制備的5CoFe2O4/N-C-1000催化劑具有最好的氧還原活性,起始還原電位為0.88V,穩(wěn)定性優(yōu)于商業(yè)鉑碳,其催化ORR過程是二電子和四電子混合控制過程。通過Raman測試和XPS測試表明,CoFe2O4/N-C-1000催化劑含有比較多的表面缺陷的碳原子,能夠提供更多的催化活性位點(diǎn),且氮總量和石墨型氮含量均最高,這是其催化活性較高的一個重要因素。
[Abstract]:In alkaline medium, the ORR of oxygen reduction reaction is easier and faster than that in acidic medium, so the alkaline polymer electrolyte membrane fuel cell (APEFC) can choose non-noble metal catalyst, usually nickel, cobalt, and cobalt. Transition metals, such as manganese, are used as cathode catalysts, which have high electrochemical activity in alkaline media and are cheap enough to reduce the cost of fuel cells. In this thesis, three systems of non-noble metal cathode catalyst: 1) spinel oxide MnCo _ 2O _ 4 was synthesized by solid state synthesis with oxalate as precursor, and the spinel oxide MnCo _ 2O _ 4 was synthesized with Vulcan XC-72 at high temperature. Series of catalysts for the synthesis of MnCo2O4/C after treatment, The effects of heat treatment temperature of 600 鈩，

本文編號：1655834