本文選題：甲醇氧化反應(yīng) + 氧還原反應(yīng)��； 參考：《武漢工程大學(xué)》2015年碩士論文

【摘要】：目前直接甲醇燃料電池(DMFC)的研究雖然取得了很大的進(jìn)展,但其商業(yè)化的目標(biāo)依然難以實(shí)現(xiàn),其主要原因是一些關(guān)鍵技術(shù)并未得到有效的解決。從技術(shù)層面上來講,DMFC的發(fā)展仍然受到催化劑活性低、催化劑及整體DMFC成本高的限制。因此,研究催化活性高、成本低的催化劑對(duì)DMFC實(shí)現(xiàn)商業(yè)化具有重要的意義。本論文采用微波輔助多元醇還原法制備了低成本的PtxAgy/CNTs、PtAgxCoy/CNTs、AgxCoy/CNTs催化劑,通過材料表征手段和多種電化學(xué)研究方法著重研究了催化劑的形貌、晶體結(jié)構(gòu)、電化學(xué)活性等。取得如下研究成果:1)XRD結(jié)果表明實(shí)驗(yàn)制備的三種催化劑均有合金相的出現(xiàn)。酸性介質(zhì)中,PtxAgy/CNTs催化劑的甲醇氧化活性隨著合金化程度的增大而有所提高,其中PtAg3/CNTs催化劑的電化學(xué)活性表面積(ECSA)最大,為134.4 m2/g。甲醇氧化實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明PtAg3/CNTs催化劑的活性及穩(wěn)定性相對(duì)最好,其甲醇氧化峰電流密度為32.1 mA.mg-1。在堿性介質(zhì)中,催化劑中Ag的氧化物含量顯著地影響著PtxAgy/CNTs催化劑的甲醇氧化活性。2)PtAgxCoy/CNTs催化劑的活性均比PtxAgy/CNTs催化劑的活性高。酸性介質(zhì)中,PtAgxCoy/CNTs催化劑的電化學(xué)活性表面積(ECSA)普遍比較大,其中PtAg3Co/CNTs催化劑的ECSA最大,為272.7 m2/g,相同條件下,商業(yè)Pt/C催化劑的ECSA為266.6 m2/g。甲醇氧化實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明除了PtAgCo5/CNTs外其他樣品的甲醇氧化電流都要比商業(yè)Pt/C的大,其中PtAg3Co/CNTs顯示出了最好的甲醇氧化催化活性,氧化峰電流密度達(dá)到了191.3 mA.mg-1,這要比商業(yè)Pt/C的峰電流密度值(84.2 mA.mg-1)高出兩倍多。此外,Tafel斜率曲線結(jié)果證實(shí)了PtAgxCoy/CNTs催化劑的吸附機(jī)制基本都與商業(yè)Pt/C催化劑相一致。3)AgxCoy/CNTs催化劑不具備甲醇氧化活性。本論文采用循環(huán)伏安法(CV)、旋轉(zhuǎn)圓盤電極(RDE)、計(jì)時(shí)電流(CA)等電化學(xué)研究方法重點(diǎn)研究了AgxCoy/CNTs催化劑的氧還原反應(yīng)(ORR)催化活性、反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)、穩(wěn)定性等。該系列催化劑的ORR活性受活化電位的影響很大。根據(jù)Koutecky-Levich曲線得出不同催化劑上ORR的電子轉(zhuǎn)移數(shù)介于3.1與4.0之間,其中商業(yè)Pt/C催化劑的電子轉(zhuǎn)移數(shù)為3.8。此外,計(jì)時(shí)電流測(cè)試結(jié)果表明,NH3改性能夠顯著地提高催化劑的穩(wěn)定性。
[Abstract]:Although great progress has been made in the research of direct methanol fuel cell (DMFC), the goal of its commercialization is still difficult to achieve. The main reason is that some key technologies have not been solved effectively. Technically speaking, the development of DMFC is still limited by the low activity of catalyst and the high cost of catalyst and DMFC as a whole. Therefore, it is of great significance to study the catalysts with high catalytic activity and low cost for the commercialization of DMFC. In this paper, the low cost PtxAgy- CNTs-PtAgxCoy- CNTs-AgxCoy- CNTs catalyst was prepared by microwave-assisted polyol reduction method. The morphology, crystal structure and electrochemical activity of the catalyst were studied by means of material characterization and various electrochemical methods. The following results were obtained: (1) XRD results showed that alloy phase appeared in the three kinds of catalysts. The methanol oxidation activity of PtAg3 / CNTs catalyst increased with the increase of alloying degree in acid medium, and the electrochemical activity surface area of PtAg3 / CNTs catalyst was the largest (134.4 m2 / g). The results of methanol oxidation test showed that PtAg3 / CNTs catalyst had the best activity and stability, and the peak current density of methanol oxidation was 32.1 mA.mg-1. In alkaline medium, the oxide content of Ag in the catalyst significantly affected the methanol oxidation activity of PtxAg / CNTs catalyst. The activity of PtAgxCoy / CNTs catalyst was higher than that of PtxAgyxCoy / CNTs catalyst. The electrochemical activity surface area of PtAgxCoy / CNTs catalyst is generally larger than that of PtAg3Co-CNTs catalyst in acidic medium, and the ECSA of PtAg3Co/ CNTs catalyst is the largest (272.7 m2 / g). Under the same conditions, the ECSA of commercial PtAgxCoy / CNTs catalyst is 266.6 m2 / g. The results of methanol oxidation test showed that the methanol oxidation current of other samples except PtAgCo5 / CNTs was higher than that of commercial Pt / C. among them, PtAg3Co/ CNTs showed the best catalytic activity for methanol oxidation. The oxidation peak current density is 191.3 mA.mg-1, which is more than twice the peak current density of commercial PT / C (84.2 mA.mg-1). In addition, the Tafel slope curve shows that the adsorption mechanism of PtAgxCoy / CNTs catalyst is basically consistent with that of commercial Pt / C catalyst. 3AgxCoy / CNTs catalyst has no methanol oxidation activity. In this paper, the catalytic activity, kinetic parameters and stability of AgxCoy / CNTs catalyst for oxygen reduction reaction were studied by cyclic voltammetry (CV), rotating disk electrode (RDE) and chronoelectric current (CAA). The ORR activity of this series of catalysts is greatly affected by the activation potential. According to Koutecky-Levich curve, the electron transfer number of ORR on different catalysts was found to be between 3.1 and 4.0, and the electron transfer number of commercial PT / C catalyst was 3.8. In addition, the results of chronoamperometric measurement show that NH _ 3 modification can significantly improve the stability of the catalyst.
【學(xué)位授予單位】：武漢工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：O643.36;TM911.4

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本文編號(hào)：2021589