【摘要】：制氫/儲(chǔ)氫一體化技術(shù)不但具有良好的離子導(dǎo)電性、較低的能耗等優(yōu)點(diǎn),還能最大限度地改良電極的選擇性和提高電流效率,可應(yīng)用于燃料電池、石油化工和氫能源制備等諸多領(lǐng)域。該技術(shù)獲得應(yīng)用的前提條件是由鉑(Pt)基催化劑組成的固體聚合物電解質(zhì)(SPE)膜電極具備高催化活性和化學(xué)穩(wěn)定性,然而,純Pt催化劑存在價(jià)格昂貴、易中毒失效、容易產(chǎn)生顆粒團(tuán)聚等缺陷,在很大程度上降低了其利用率以及催化活性。當(dāng)前Pt催化劑應(yīng)用中的關(guān)鍵問(wèn)題在于Pt合金催化劑合成以及對(duì)反應(yīng)物加氫催化效能影響的關(guān)系研究。本文采用離子束濺射技術(shù)(IBS),通過(guò)控制靶位移動(dòng)與沉積溫度工藝制備PtNi/C與PtTi/C合金催化劑,確定最優(yōu)的Ni和Ti含量,以及最佳的沉積溫度等關(guān)鍵因素,然后將PtNi/C與PtTi/C同Nafion膜通過(guò)熱壓工藝制得SPE膜電極。通過(guò)線(xiàn)性?huà)呙璺卜?LSV)與電化學(xué)循環(huán)伏安法(CV)對(duì)催化劑抑制析氫性能進(jìn)行表征;采用X射線(xiàn)衍射(XRD)、電感耦合等離子體發(fā)射光譜(ICP-OES)、帶能譜的掃描電鏡(SEMEDS)對(duì)催化劑樣品的表面形貌、物相、成分進(jìn)行表征;采用EQCM對(duì)苯電催化加氫的電解液以及苯吸附活化電位進(jìn)行表征;通過(guò)苯加氫裝置(液/液)對(duì)SPE膜電極加氫性能進(jìn)行測(cè)試。結(jié)果表明:(1)電化學(xué)催化性能分析表明,靶位移動(dòng)距離(S_T)為45mm時(shí)制備的PtNi/C和PtTi/C合金催化劑的抑制析氫效果最突出。在該S_T值下,常溫沉積的PtNi/C合金催化劑,以及350℃沉積的PtTi/C合金催化劑表現(xiàn)出最佳的抑制析氫性能。(2)通過(guò)電化學(xué)石英晶體微天平(EQCM)分析發(fā)現(xiàn),利用0.3wt.%的PEG6000醇溶液作為電解液時(shí),苯的吸附質(zhì)量最大(211.6ng),同時(shí)確定苯的活化電位在-0.5V附近。(3)在-0.5V電解電壓下,通過(guò)苯加氫裝置(液/液)分析,發(fā)現(xiàn)SPE-N與SPE-T試樣都具備優(yōu)良的催化加氫特性,其中SPE-T的J_0(2.39×10~(-4)A/cm~2)較SPE-N的J_0增大了66.78%,SPE-T的電流效率(91.82%)相比SPE-N增大11.38%,SPE-T的加氫表觀活化能(151.22KJ/mol)相比SPE-N則降低9.34%。上述結(jié)果表明,在苯電催化加氫過(guò)程中,SPE-T合金電極的加氫性能優(yōu)于SPE-N合金電極,這對(duì)于深入開(kāi)展合金元素選擇及成分控制影響Pt合金SPE膜電極加氫性能的研究提供了一定的數(shù)據(jù)支撐。
【圖文】：

高溫高壓環(huán)境下操作（21Mpa，150℃）；4）不需要另外加入支反應(yīng)，提高了試驗(yàn)的可行性；5）電解中不僅僅是液體溶劑還可以的選擇范圍；6）在節(jié)約能耗方面，SPE 技術(shù)降低了電解池的歐姆上改良電極的選擇性。SPE 技術(shù)以上優(yōu)點(diǎn)使其廣泛應(yīng)用于甲醇燃料電化學(xué)還原、水電解制氫等諸多領(lǐng)域。應(yīng)用技術(shù)在電解水中的應(yīng)用解水制氫與傳統(tǒng)的電解水制氫有著本質(zhì)上的區(qū)別，在傳統(tǒng)的電解之間以稀酸或者稀堿為電解質(zhì)，同時(shí)與隔膜保持有一定的距離。而，采用 SPE 電解槽時(shí)，陰極、陽(yáng)極與隔膜融為一體，厚度不到 2m間的電壓降進(jìn)而節(jié)約能耗。電解水時(shí)，2mol 水在陽(yáng)極放電產(chǎn)生 1mo），H+通過(guò) Nafion 膜將電荷從陽(yáng)極傳遞到陰極，然后在陰極放電

后處理過(guò)程；由于陽(yáng)極產(chǎn)物具有強(qiáng)氧化性，所n 膜等；在電極材料方面，要兼具有能耐強(qiáng)酸 Pt，非金屬中的碳（C）等都是優(yōu)良的電極材成本，，通常在石墨纖維布等炭質(zhì)材料表面鍍一/C 或者 PtM/C（M=Ti、Ni、Cu、Ce 等）催化層用于電解過(guò)程。因此，SPE 電解水與液態(tài)有機(jī)制氫與儲(chǔ)氫為一體的新方法。水電解/苯加氫
【學(xué)位授予單位】：昆明理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TQ116.2;O646.54

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2622707