【摘要】：近些年來,能源危機(jī)和環(huán)境污染兩大問題已經(jīng)引起了全世界的關(guān)注,尋找替代化石燃料的新型燃料迫在眉睫。燃料電池作為一種對(duì)環(huán)境污染較低的能量轉(zhuǎn)換裝置,其發(fā)展對(duì)解決這類環(huán)境問題具有重要的意義。就直接醇類燃料電池的研究發(fā)展?fàn)顩r而言,還不能全面大規(guī)模的實(shí)現(xiàn)商業(yè)化,擺在我們面前最大的問題是高效催化劑的開發(fā)。目前,已經(jīng)商業(yè)化的催化劑材料多數(shù)為鉑基材料,但該類型材料又面臨著價(jià)格不菲,催化劑利用率不高,抗CO中毒能力低下等問題。所以本文從制備合成高效催化劑的角度入手研究,以五氧化二鈮作為基底材料,通過稀土離子摻雜、金屬納米粒子負(fù)載和多相復(fù)合的手段合成了一系列催化劑,以此來提其電催化活性。本文研究?jī)?nèi)容可以總結(jié)為以下幾個(gè)方面:1.采用煅燒的方法制備了球形Nb_2O_5,然后進(jìn)一步通過水熱合成的方法摻雜稀土離子,制備了不同濃度的R-Nb_2O_5(R=La、Eu、Tb、Ce)催化劑。通過XRD、SEM、XPS等測(cè)試手段對(duì)催化劑的組成及形貌進(jìn)行了測(cè)試。利用循環(huán)伏安法對(duì)催化劑的電催化活性進(jìn)一步做了測(cè)試,結(jié)果對(duì)不同小分子醇類(甲醇、乙醇)都有很好電催化氧化效果,表明稀土離子的摻雜對(duì)催化劑活性有了很明顯的提高。2.對(duì)Nb_2O_5的形貌進(jìn)行了調(diào)控,利用水熱法成功制備出了Nb_2O_5納米棒,通過回流的方法負(fù)載了金屬Pd納米粒子,最后將制得的Pd/Nb_2O_5與rGO進(jìn)行了復(fù)合,制備了Pd/Nb_2O_5-rGO催化劑。通過XRD、SEM、TEM、XPS、CV等手段對(duì)催化劑的晶相、形貌進(jìn)行了表征和測(cè)試,結(jié)果表明Pd納米粒子的負(fù)載和rGO的復(fù)合使得Nb_2O_5的電催化活性有了較大的提升,甲醇催化氧化性能也優(yōu)于10%的商業(yè)Pt/C。3.通過煅燒法制備了氮摻雜碳納米管包裹的碳化鐵物質(zhì)Fe_3C@NCNTs,然后利用草酸鈮和Fe_3C@NCNTs混合煅燒制備了Nb_2O_5-Fe_3C@NCNTs材料,最后利用NaBH_4還原的方法制備了Pd/Nb_2O_5-Fe_3C@NCNTs催化劑。測(cè)試結(jié)果表明,該催化劑在堿性環(huán)境下,對(duì)醇類有著較好的電催化活性,并且催化性能很大程度的優(yōu)于10%的商業(yè)Pt/C,對(duì)于開發(fā)有高的電催化活性的催化劑有重大的研究意義。
【學(xué)位授予單位】：內(nèi)蒙古大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：O643.36;TM911.4
【圖文】：

圖 1.1 Upp fuel cell 移動(dòng)電源。Fig. 1.1 Portable source of Upp fuel cell.在過去的幾十年中，直接醇類燃料電池（DAFC）作為很有前途的能量轉(zhuǎn)換裝置被廣究[11]。常見的直接醇類燃料電池有直接甲醇燃料電池（DMFC）和直接乙醇燃料電DEFC）。直接甲醇燃料電池（DMFC）與氫質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFCs）相比，以可液體甲醇作為燃料的 DMFC 具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)榧状季哂懈吣芰棵芏�，還可以安全儲(chǔ)2-13]。此外，DMFC 具有快速的陽極反應(yīng)速率，因?yàn)榧状佳趸挥闷茐?C-C 鍵。當(dāng)前基本主要是解決甲醇氧化反應(yīng)（MOR）和氧還原反應(yīng)（ORR）兩者的緩慢動(dòng)力學(xué)速率[14]。對(duì)乙醇燃料電池（DEFC）而言，乙醇燃料相比氫氣具有多種優(yōu)勢(shì)，包括各種乙醇生產(chǎn)來源廣便儲(chǔ)存和運(yùn)輸和高能量密度。然而，乙醇氧化反應(yīng)（EOR）的緩慢動(dòng)力學(xué)，以及需要斷-C 鍵以完成乙醇氧化成 CO2，這目前是 DEFCs 發(fā)展中的主要挑戰(zhàn)[15-17]。.2.2 直接醇類燃料電池的工作原理燃料電池就是將儲(chǔ)存于各種燃料中的化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能的能量轉(zhuǎn)換裝置，工作原理如

工作原理如圖1.2 所示。直接醇類燃料電池是燃料電池的一種，只是在燃料的選擇時(shí)選擇醇類作燃料，其工作原理都是一樣的。下面我們以 DMFC 為例，介紹一下其原理：DMFC 使用水溶液和蒸汽甲醇來提供燃料來源，甲醇在陽極轉(zhuǎn)換成為二氧化碳，質(zhì)子和電子，然后質(zhì)子透過質(zhì)子交換膜在陰極與氧反應(yīng)，電子是通過外電路到達(dá)陰極，并做功。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前3條

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本文編號(hào)：2718658