發(fā)布時(shí)間：2017-03-29 15:28

  本文關(guān)鍵詞：直接硼氫化物燃料電池金基陽(yáng)極催化劑的制備及性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：直接硼氫化物-過(guò)氧化氫燃料電池(DBHFC)是以硼氫化鈉(Na BH4)的堿性溶液為燃料,以酸性H_2O_2為氧化劑的一種燃料電池,具有理論開(kāi)路電壓高(3.01 V)、理論能量密度大(9.3 Wh g~(-1))、燃料存儲(chǔ)運(yùn)輸方便、產(chǎn)物無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn),受到了廣泛的關(guān)注。理論上,B H4—在陽(yáng)極的直接氧化為8e-過(guò)程,但實(shí)際上,由于B H4—易于水解而釋放出氫氣,不僅降低了燃料的利用率,而且會(huì)產(chǎn)生一定的安全隱患。因此,開(kāi)發(fā)具有高選擇性和高催化活性的陽(yáng)極催化劑,成為研究D BHFC的關(guān)鍵性問(wèn)題。貴金屬A u對(duì)BH4—水解反應(yīng)的催化作用較低,轉(zhuǎn)移的電子數(shù)接近于8,但A u對(duì)BH4—的電催化氧化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)較慢,單獨(dú)作為D BHFC的陽(yáng)極催化材料性能欠佳。為提高A u的催化活性,本文通過(guò)添加過(guò)渡金屬,采用反相微乳液法制備了含A u的雙組分復(fù)合催化劑,并對(duì)所制備的樣品進(jìn)行了物理表征和電化學(xué)測(cè)試技術(shù)研究。首先,采用反相微乳液兩步還原法制備了一系列不同比例的核殼型Co@Au/C催化劑,通過(guò)XRD、TEM等測(cè)試對(duì)粒子的尺寸和形貌進(jìn)行了物理表征,通過(guò)C V、LSV、EIS、CP、CA和電池測(cè)試等手段進(jìn)行了電化學(xué)分析。物理表征的結(jié)果表明,C o@Au/C是粒徑約為13.4 nm的核殼型納米粒子。電化學(xué)測(cè)試表明,C o@Au/C催化劑和Au/C催化劑有相似的反應(yīng)機(jī)理,而在所制備的催化劑中,Co_4@Au_1/C的性能最好,其Tafel斜率值最小,為0.25;電荷轉(zhuǎn)移電阻相對(duì)最低,為2.310Ωcm~2;此外,20℃時(shí),Co4@Au_1/C用作D BHFC的陽(yáng)極催化劑,得到的最大功率密度達(dá)102.4 m W cm~(-2),是Au/C最大功率密度的2.14倍。其次,用反相微乳液兩步和一步還原法分別制備了不同比例的一系列核殼型C u@Au/C和合金型Cu-Au/C催化劑。通過(guò)物理表征,可知這兩類納米粒子的粒徑基本接近,在15~17 nm范圍內(nèi)。電化學(xué)測(cè)試結(jié)果表明,Cu_3@Au_1/C和Cu_4-Au1/C在相應(yīng)系列的雙金屬催化劑中,有著最好的催化性能,且C u4-Au1/C對(duì)BH_4—電催化氧化的性能更好。此外,將Cu_3@Au_1/C和Cu_4-Au_1/C分別用作DBHFC的陽(yáng)極催化劑,所得的最大功率密度為71.4m W cm~(-2)和77.1 m W cm~(-2),進(jìn)一步說(shuō)明,C u_4-Au_1/C組裝的電池性能優(yōu)于Cu_3@Au_1/C的。本文制備出的雙金屬核殼型和合金型催化劑對(duì)B H4—氧化反應(yīng)均表現(xiàn)出優(yōu)于單金屬的電催化氧化性能,這是由雙金屬催化劑特殊的電子效應(yīng)導(dǎo)致的。對(duì)于核殼結(jié)構(gòu),在一定的殼層厚度時(shí),核心金屬對(duì)殼層金屬的d軌道產(chǎn)生誘導(dǎo)效應(yīng),增大了殼層金屬的d軌道空缺率,從而增大了BH4—在金屬表面的吸附,提高了催化劑的活性。對(duì)于合金型C u-Au/C催化劑,過(guò)渡態(tài)金屬C u的摻雜改變了Au的電子狀態(tài),高電負(fù)性的Au原子從鄰近的Cu原子處得到電子,使C u-Au雙金屬間產(chǎn)生協(xié)同催化作用,從而增大了催化劑的催化活性。而實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明同種兩金屬組成的合金型催化劑優(yōu)于核殼型催化劑,說(shuō)明雙金屬間的協(xié)同效應(yīng)對(duì)B H4—氧化所起的作用大于增加殼層金屬d軌道空缺率起的作用。
【關(guān)鍵詞】：直接硼氫化物燃料電池 BH_4~—電氧化 陽(yáng)極催化劑 核殼型 合金型
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O643.36;TM911.4
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 緒論11-25
• 1.1 引言11
• 1.2 直接硼氫化物燃料電池簡(jiǎn)述11-14
• 1.2.1 直接硼氫化物燃料電池研究背景11-12
• 1.2.2 直接硼氫化物燃料電池的工作原理12-13
• 1.2.3 直接硼氫化物燃料電池存在的問(wèn)題13-14
• 1.3 直接硼氫化物燃料電池陽(yáng)極催化劑研究進(jìn)展14-21
• 1.3.1 貴金屬催化劑14-19
• 1.3.2 非貴金屬催化劑19-20
• 1.3.3 儲(chǔ)氫合金20-21
• 1.4 核殼型與合金型催化劑21-23
• 1.4.1 概述21
• 1.4.2 核殼型催化劑研究進(jìn)展21-22
• 1.4.3 合金型催化劑研究進(jìn)展22-23
• 1.5 本論文的研究工作23-25
• 1.5.1 研究意義23
• 1.5.2 研究?jī)?nèi)容23-25
• 第二章 實(shí)驗(yàn)部分25-31
• 2.1 實(shí)驗(yàn)試劑及儀器25-26
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)試劑25-26
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器26
• 2.2 實(shí)驗(yàn)26-27
• 2.2.1 碳粉的預(yù)處理26
• 2.2.2 催化劑的制備26
• 2.2.3 工作電極的預(yù)處理和制備26-27
• 2.3 催化劑的物理表征27
• 2.3.1 X射線衍射27
• 2.3.2 透射電鏡27
• 2.4 催化劑的電化學(xué)表征27-31
• 2.4.1 電化學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置27-28
• 2.4.2 循環(huán)伏安測(cè)試28
• 2.4.3 線性伏安測(cè)試28-29
• 2.4.4 交流阻抗測(cè)試29
• 2.4.5 計(jì)時(shí)電位測(cè)試29
• 2.4.6 計(jì)時(shí)電流測(cè)試29
• 2.4.7 電池性能測(cè)試29-31
• 第三章 碳載核殼型Co@Au陽(yáng)極催化劑對(duì)BH_4~-電氧化性能的研究31-47
• 3.1 前言31
• 3.2 催化劑的制備31-32
• 3.3 催化劑的物理表征32-34
• 3.3.1 Au/C和Co@Au/C的XRD表征分析32-33
• 3.3.2 Co_4@Au_1納米粒子TEM表征結(jié)果33-34
• 3.4 催化劑的電化學(xué)測(cè)試結(jié)果及討論34-44
• 3.4.1 循環(huán)伏安曲線34-36
• 3.4.2 Co@Au/C和Au/C催化劑上BH_4~-電氧化過(guò)程動(dòng)力學(xué)參數(shù)測(cè)定36-38
• 3.4.3 交流阻抗研究38-41
• 3.4.4 計(jì)時(shí)電位測(cè)試41-42
• 3.4.5 計(jì)時(shí)電流測(cè)試42-43
• 3.4.6 電池性能測(cè)試及結(jié)果43-44
• 3.5 本章小結(jié)44-47
• 第四章 碳載核殼型Cu@Au陽(yáng)極催化劑對(duì)BH_4~-電氧化性能的研究47-61
• 4.1 前言47
• 4.2 催化劑的制備47-48
• 4.3 催化劑的物理表征48-50
• 4.3.1 Au/C和Cu@Au/C催化劑的XRD表征分析48-49
• 4.3.2 Cu3@Au_1/C納米粒子TEM表征結(jié)果49-50
• 4.4 催化劑的電化學(xué)測(cè)試結(jié)果及討論50-59
• 4.4.1 循環(huán)伏安曲線50-51
• 4.4.2 Cu@Au/C和Au/C催化劑上BH_4~-電氧化過(guò)程動(dòng)力學(xué)參數(shù)設(shè)定51-53
• 4.4.3 交流阻抗研究53-56
• 4.4.4 計(jì)時(shí)電流測(cè)試56-57
• 4.4.5 電池性能測(cè)試及結(jié)果57-59
• 4.5 本章小結(jié)59-61
• 第五章 碳載合金型Cu-Au/陽(yáng)極催化劑對(duì)BH_4~-電氧化性能的研究61-75
• 5.1 前言61
• 5.2 催化劑的制備61-62
• 5.3 催化劑的物理表征62-64
• 5.3.1 Au/C和Cu-Au/C的XRD表征分析62-63
• 5.3.2 Cu4-Au_1/C納米粒子TEM表征結(jié)果63-64
• 5.4 催化劑的電化學(xué)測(cè)試結(jié)果及討論64-72
• 5.4.1 循環(huán)伏安曲線64-65
• 5.4.2 Cu-Au/C和Au/C催化劑上BH_4~-電氧化過(guò)程動(dòng)力學(xué)參數(shù)測(cè)定65-67
• 5.4.3 交流阻抗研究67-70
• 5.4.4 計(jì)時(shí)電流測(cè)試70-71
• 5.4.5 電池性能測(cè)試及結(jié)果71-72
• 5.5 本章小結(jié)72-75
• 第六章 核殼型Cu@Au/C與合金型Cu-Au/C催化劑性能比較75-79
• 6.1 前言75
• 6.2 催化劑的制備75
• 6.3 核殼型Cu@Au/C與合金型Cu-Au/C催化劑電化學(xué)性能比較75-78
• 6.3.1 循環(huán)伏安曲線75-76
• 6.3.2 計(jì)時(shí)電流測(cè)試76-77
• 6.3.3 電池性能測(cè)試及結(jié)果77-78
• 6.4 本章小結(jié)78-79
• 第七章 結(jié)論與建議79-81
• 7.1 結(jié)論79-80
• 7.2 建議80-81
• 參考文獻(xiàn)81-89
• 致謝89-91
• 碩士期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文91

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10 毛示e，

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