【摘要】：直接甲醇燃料電池是一種能夠將化學能轉化為電能的能源裝置,是質子交換膜燃料電池的一種變種。直接甲醇催化燃料電池直接使用甲醇水溶液或者蒸汽甲醇為燃料提供來源,無需對甲醇進行預先重整,因此能量轉化率較高。直接甲醇燃料電池具有低溫快速啟動,燃料潔凈環(huán)保,電池結構簡單等優(yōu)點,這使得它可能成為移動電源和便攜式電源的理想選擇之一,也是近年來的熱門研究課題。直接甲醇燃料電池主要發(fā)生的反應是甲醇在催化劑作用下的電催化氧化過程,實驗研究表明,貴金屬鉑(Pt)具有較高的甲醇催化氧化活性和較強的耐腐蝕性,而Pt在催化過程中會因產生CO而中毒導致催化活性大大降低。采用以Pt為基礎的合金或者以Pt為活性組分的多組員催化劑能夠有效提高甲醇電催化氧化活性和抗CO中毒性能。泡沫鎳作為一種多孔金屬,具有三維全貫通網孔結構,有著穩(wěn)定性好,高孔隙率,抗熱沖擊,體密度小與比表面積大等明顯優(yōu)點,因此在作為催化劑基底時有很大的應用潛力。在泡沫鎳上沉積貴金屬Pt時,鎳能夠減輕Pt在甲醇催化時的催化劑中毒。本文以泡沫鎳為生長材料的基體,采用電化學沉積的方法在泡沫鎳上直接生長Pt基納米結構,如Pt、Pt-Co等金屬,并對這些材料的甲醇催化性能進行了研究,還進一步通過先在泡沫鎳表面沉積CoNi,再將樣品浸泡在H_2PtCl_6溶液中進行置換反應,最后得到CoNi/Pt納米結構,并測試了其對甲醇的電催化氧化性能。具體研究內容如下:1.在H_2PtCl_6溶液中以泡沫鎳為基體,分別以不同電壓(0.6V、0.8V、1.3V)進行恒電壓沉積,發(fā)現不同沉積電壓導致Pt在泡沫鎳表面的覆蓋率不同,使得制備的樣品對甲醇催化性能不同。2.在H_2PtCl_6、CoCl_2、CoSO_4溶液中以泡沫鎳網為基底,分別以不同電壓(0.6V、0.8V、1.3V)進行恒電壓沉積,發(fā)現Pt-Co合金能夠進一步提高催化劑抗CO中毒的性能,抗CO中毒性能與Co含量相關。3.在上述實驗的基礎上,先在NiCl_2、NiSO_4、CoCl_2溶液中以泡沫鎳網為基底,分別以不同電壓(1V、1.5V、2V)進行較長時間的恒電壓沉積,在泡沫鎳表面沉積適量的CoNi合金,再將樣品浸泡在H_2PtCl_6溶液中進行置換反應,最后得到泡沫鎳負載的CoNi/Pt納米結構,發(fā)現該結構也具有有較好的對甲醇的電催化氧化性能和抗CO中毒的性能。
【學位授予單位】：西南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：O643.36;TM911.4
【圖文】：

化氧化效果最好，因此本章以下的研究均采用該合成條件得到的樣品。對所制備的樣品，使用掃描電子顯微鏡（SEM, JEOLJSM7100F）和附帶的儀（EDS, Oxford Aztec X-act）分析其形貌和元素組成。電化學性能測試在電工作站（CHI660E）上進行的，實驗采用三電極體系，泡沫鎳負載 Pt 納米結為工作電極，鉑片電極為對電極，銀/氯化銀電極為參比電極，電解液為 0.5 mo KOH 溶液，測試實驗在室溫下進行。.3 形貌結構表征掃描電鏡（SEM）是觀察樣品形貌最為方便、有效的測試方法，使我們可觀的看到樣品表面和晶粒的各種形貌特征。圖 2.1a 是泡沫鎳基底 SEM 照片，可以看出，泡沫鎳集流體為三維多孔網狀結構，孔徑分布比較均勻，可形成的通道，這可以大大的增加反應接觸面積。圖 2.1b 所示為泡沫鎳的局部放大，可以觀察到泡沫鎳的表面較為光滑，無雜質和附著物，并且可以清楚的看界。經過電化學沉積貴金屬 Pt 之后，灰色的泡沫鎳表面變?yōu)楹谏�，對于這層黑

鎳負載 Pt 納米結構的電 mA，沉積時長為 10 min 的樣品對甲醇的電研究均采用該合成條件得到的樣品。顯微鏡（SEM, JEOLJSM7100F）和附帶的能其形貌和元素組成。電化學性能測試在電化采用三電極體系，泡沫鎳負載 Pt 納米結構/氯化銀電極為參比電極，電解液為 0.5 mol/L。貌最為方便、有效的測試方法，使我們可以貌特征。圖 2.1a 是泡沫鎳基底 SEM 照片，由孔網狀結構，孔徑分布比較均勻，可形成對觸面積。圖 2.1b 所示為泡沫鎳的局部放大照實驗裝置示意圖

圖 2.2 不同放大倍數下泡沫鎳負載 Pt 納米結構的 SEM 圖，圖 a 中的插圖為能譜儀對樣品中元素分析的結果，圖 b 中的插圖為 Pt 顆粒膜的斷面圖。物質，我們采用掃描電子顯微鏡進行了形貌分析，結果如圖 2.2 所示。低倍的電鏡照片（圖 2.2a）顯示在三維多孔的泡沫鎳表面均勻致密的覆蓋了一層沉積物，放大后的照片（圖 2.2b 和 2.2c）顯示原本光滑表面上沉積了一層凹凸不平的納米級顆粒薄膜，原本的泡沫鎳金屬晶界也已被遮蓋了起來。值得注意的是，這些顆粒大都呈現出垂直于泡沫鎳表面排列的尖錐形，其側面照片如圖 2.2b 中的插圖所示，這些尖錐體的高度和大小并不均一，平均高度在 500 nm 左右，它們的直徑基本上都在數十納米，特別是底部直徑較大，可在 100 納米以上。在一些間椎體的底部還存在一些裂縫，從這些裂縫中可以看到底部的泡沫鎳，因此在甲醇催化過程中，底部這些鎳有機會參與反應，降低表面 Pt 催化劑的 CO 中毒性。進一步放大后的高倍 SEM 照片如圖 2.2d 所示，可以看出這些尖錐體的根部直徑約為 150 nm，尖端部分只有幾個納米，而且其表面也十分粗糙，這樣的結構必將能夠提供較大的

【參考文獻】

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本文編號：2777831