由于全球化石能源資源的日益枯竭和環(huán)境污染問題的日益加劇,急需人們?nèi)ふ仪鍧崱⒏咝У男滦铜h(huán)保能源。與化石能源相比,燃料電池是一種將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置,由于其清潔、高效的特點(diǎn),在近年來得到前所未有的發(fā)展。直接醇類燃料電池作為一類新型燃料電池,以通常的簡(jiǎn)單醇為燃料,具有燃料來源廣泛、價(jià)格低廉、便于攜帶等優(yōu)點(diǎn),因此在電源和催化等眾多領(lǐng)域被廣泛關(guān)注與重點(diǎn)研究。目前,燃料電池的成本和耐久性問題是制約直接醇類燃料電池的瓶頸,其中催化劑是最關(guān)鍵的因素之一。隨著催化劑的不斷研究和應(yīng)用,為了降低催化劑的成本,貴金屬的選擇逐漸用價(jià)格相對(duì)較低的鈀代替鉑。另一方面,為了進(jìn)一步提高催化劑的性能,催化劑載體從單一材料發(fā)展為多元復(fù)合材料,這是由于復(fù)合材料可以彌補(bǔ)單一材料的缺陷,并利于形成組成單元間的協(xié)同效應(yīng),從而實(shí)現(xiàn)對(duì)催化性能的提升。因此,對(duì)于催化材料的表面和界面的設(shè)計(jì)在催化劑性能優(yōu)化過程中顯示出越來越重要的作用。本論文基于制備不同類型的催化劑載體負(fù)載鈀納米粒子,作為直接乙醇燃料電池的陽(yáng)極催化劑,并測(cè)試其對(duì)堿性乙醇的電氧化性能。本論文研究?jī)?nèi)容主要包括以下三個(gè)方面:一、二氧化鈦-黑磷復(fù)合材料載鈀的制備及其對(duì)乙醇氧化性能的研究將二氧化鈦納米片層(ATN)和黑磷(BP)通過機(jī)械球磨的方法,制備出二氧化鈦-黑磷復(fù)合材料(ATN-BP),將其和鈀的前驅(qū)體氯亞鈀酸鈉(Na_2Pd Cl_4)超聲分散均勻,然后用硼氫化鉀(KBH_4)通過浸漬還原法,得到二氧化鈦-黑磷復(fù)合材料載鈀(Pd/ATN-BP)。結(jié)果顯示,Pd/ATN-BP在1 M NaOH+1 M C_2H_5OH溶液中的一次乙醇氧化電流密度達(dá)到4952.9mA mg~(-1),是傳統(tǒng)催化劑商業(yè)鈀碳(Pd/C,20 w.t%,730.7 mA mg~(-1))的6.78倍,經(jīng)過3600 s后活性保持為867.7 mA mg~(-1),是Pd/C的40.7倍,由此說明Pd/ATN-BP催化劑具有良好的堿性乙醇電氧化活性和穩(wěn)定性。二、黑磷-活化石墨烯異質(zhì)結(jié)構(gòu)載鈀的制備及其對(duì)乙醇氧化性能的研究將氫氧化鉀活化后的石墨烯(AG)和BP通過機(jī)械球磨的方法,制備出黑磷-活化石墨烯異質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)合材料(AG-BP),再與前驅(qū)體溶液Na_2PdCl_4超聲分散均勻,然后用KBH_4通過浸漬還原法,得到黑磷-活化石墨烯異質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)合材料載鈀(Pd/AG-BP)。結(jié)果表明,鈀納米粒子均勻負(fù)載在AG-BP載體上,在1 M NaOH+1 M C_2H_5OH溶液中Pd/AG-BP對(duì)應(yīng)的一次乙醇氧化電流密度達(dá)到6004 m A mg~(-1),是Pd/C(834.5 mA mg~(-1))的7.19倍,經(jīng)過20000 s后活性保持為712.03 mA mg~(-1),是Pd/C的80.3倍,由此說明Pd/AG-BP催化劑具有優(yōu)異的堿性乙醇電氧化活性和穩(wěn)定性。三、氮化鎳-活化石墨烯復(fù)合材料載鈀的制備及其對(duì)乙醇氧化性能的研究將氮化鎳(Ni_3N)和活化后的石墨烯通過機(jī)械球磨的方法,制備出氮化鎳-石墨烯復(fù)合材料(AG-Ni_3N),再與前驅(qū)體溶液Na_2Pd Cl_4超聲分散均勻,然后用硼氫化鈉(NaBH_4)通過浸漬還原法,得到氮化鎳-活化石墨烯異質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)合材料載鈀(Pd/AG-Ni_3N)。結(jié)果表明,Pd/AG-Ni_3N催化劑在1 M NaOH+1 M C_2H_5OH溶液中的一次乙醇氧化電流密度達(dá)到2658.5 mA mg~(-1),是Pd/C(668 mA mg~(-1))的3.98倍,經(jīng)過3600 s后活性保持為464.45mA mg~(-1),是Pd/C的26.5倍,說明了Pd/AG-Ni_3N催化劑具有較好的堿性乙醇電氧化活性和穩(wěn)定性。
【學(xué)位單位】：上海電力學(xué)院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：O643.36;TM911.4
【部分圖文】：

圖 1-1 氫氧燃料電池的工作示意圖Figure 1-1 Schematic drawing of a hydrogen/oxygen fuel cell 1-1 介紹了質(zhì)子交換膜燃料電池的工作原理，電極上的反應(yīng)如下：有燃料電池的基本結(jié)構(gòu)是相似的：電池由正負(fù)兩個(gè)電極組成，由電解液部電路中將其連接起來。在質(zhì)子交換膜燃料電池中，氫氣在陽(yáng)極氧化成過電解液傳輸?shù)疥帢O，在陰極上氧氣與電子結(jié)合變?yōu)檠蹼x子后，氧離子過來的質(zhì)子結(jié)合形成水，在這些反應(yīng)過程中，電子是通過外部電路進(jìn)行.2.2 燃料電池分類料電池的分類，主要是根據(jù)其電解質(zhì)的性質(zhì)、工作溫度、燃料的種類和同進(jìn)行區(qū)分的。當(dāng)以燃料電池工作溫度分類時(shí)，可以分為：操作溫度低極反應(yīng) 2H2→4H++ 4e-極反應(yīng) O2+ 4H++ 4e-→2H2O反應(yīng) 2H2+ O2→2H2O

.2.2.6 直接甲醇燃料電池（DMFC）接甲醇燃料電池（DMFC），通常在稍高的溫度下運(yùn)行，可以提高其功率度與 PEMFC 相似。在 DMFC 中，甲醇直接進(jìn)入燃料電池，而不需要將氣的中間步驟，而且甲醇具有較高的能量密度。DMFC 中電解液通常使用在水混合物中(通常是 1~2 mol/L)，而只有一小部分甲醇用于陽(yáng)極。因此補(bǔ)持甲醇濃度是非常重要的。要做到這一點(diǎn)，通過電化學(xué)測(cè)量甲醇的氧化峰但是由于甲醇具有很高的毒性，是揮發(fā)性的易燃物質(zhì)。如果應(yīng)用于便攜式使用可能會(huì)導(dǎo)致重大問題，因此這也是制約甲醇燃料電池發(fā)展的重要原因.2.2.7 直接乙醇燃料電池（DEFC）直接乙醇燃料電池（DEFC）中，同樣的直接將乙醇加入燃料電池，不需要為氫氣，而且乙醇與甲醇相比，能量密度達(dá)到8.00 kW hkg-1，高于甲醇的6并且乙醇是沒有毒性的，可以從生物質(zhì)中大量獲得，是可再生能源[33,34]以作為直接酒精燃料電池更好的燃料選擇。DEFC 工作時(shí)是以乙醇燃料作為為陰極。DEFC 的工作原理如下圖所示[35]：

第一章 緒論陰極： 3O2+ 12H++ 12e-→ 6H2O (1-2)總反應(yīng)： C2H5OH + 3O2→ 2CO2+ 3H2O (1-3)DEFC 在堿性條件下工作的電極反應(yīng)過程為：陽(yáng)極： C2H5OH + 12OH-→ 2CO2+ 9H2O + 12e-(1-4)陰極： 3O2+ 6H2O + 12e-→ 12OH-(1-5)總反應(yīng)： C2H5OH + 3O2→ 2CO2+ 3H2O (1-6)

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 陳酉貴;莊林;陸君濤;;堿性直接醇燃料電池非鉑陽(yáng)極催化劑[J];催化學(xué)報(bào);2007年10期

2 李斗星;透射電子顯微學(xué)的新進(jìn)展Ⅰ透射電子顯微鏡及相關(guān)部件的發(fā)展及應(yīng)用[J];電子顯微學(xué)報(bào);2004年03期

本文編號(hào)：2811752