直接醇類燃料電池(DAFC)作為一種新型電池設(shè)備,具有低溫操作、能量轉(zhuǎn)換效率高和低排放等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于多用途便攜式移動(dòng)設(shè)備和各種小型電子設(shè)備上。目前,Pt基催化劑是最常用的陽極催化劑,但高成本和較差的長(zhǎng)期穩(wěn)定性大大限制了該技術(shù)的廣泛應(yīng)用。因此制備非Pt基催化劑是當(dāng)下燃料電池領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。Pd作為與Pt化學(xué)性質(zhì)最相近的元素,不僅儲(chǔ)量較Pt更為豐富,并且催化劑抗毒性更強(qiáng)。因此Pd基催化劑是一種很有發(fā)展前景的陽極催化劑。將過渡金屬氧化物CuO、TiO_2、NiO與貴金屬Pd進(jìn)行復(fù)合,通過協(xié)同作用可以促進(jìn)催化劑表面含氧基團(tuán)的生成,從而降低中間產(chǎn)物氧化所需的電位,提高催化劑抗CO毒化等中間產(chǎn)物的能力。通過引入其他合金元素Ni、Sn,由于與Pd之間產(chǎn)生的電子效應(yīng),Pd的電子態(tài)可以被修飾,促進(jìn)了低電位下含氧基團(tuán)的吸附,進(jìn)而可以表現(xiàn)出優(yōu)異的電催化活性以及穩(wěn)定性。將這些材料與貴金屬Pd進(jìn)行復(fù)合,有望得到性能較好的燃料電池催化劑。本文在HCl條件下進(jìn)行化學(xué)脫合金得到了np-CuO/TiO_2/Pd-NiO復(fù)合催化劑,并采用SEM、XRD、XPS、TEM等檢測(cè)手段對(duì)樣品的微觀形貌和成分進(jìn)行了表征,通過CV、CA、EIS等電化學(xué)手段對(duì)樣品在堿性條件下對(duì)甲醇和乙醇電催化性能進(jìn)行了檢測(cè)。成分分析結(jié)果表明,制備的np-CuO/TiO_2/Pd-NiO多孔結(jié)構(gòu)主要由CuO、Cu_2O、Pd、TiO_2、Ni和NiO相組成;電化學(xué)測(cè)試結(jié)果顯示,反應(yīng)條件為0.75 M HCl、溫度90°C、時(shí)間5 h情況下制備的np-CuO/TiO_2/Pd-NiO具有最佳的甲醇和乙醇電催化性能和長(zhǎng)期穩(wěn)定性,氧化電流密度分別達(dá)到了8.32 mA cm~(-2)和2.61 mA cm~(-2)。此外,在NaOH條件下進(jìn)行化學(xué)脫合金得到了np-Pd-Sn和np-Pd_5/Sn_(10)-CuO復(fù)合催化劑,由于Sn和Pd之間的電子效應(yīng)和雙官能團(tuán)作用,np-Pd_5-Sn_(10)的氧化電流密度達(dá)到8.70 mA cm~(-2)。當(dāng)在np-Pd-Sn催化劑中引入了Cu元素后,由于CuO的進(jìn)一步協(xié)同促進(jìn)作用,電催化劑的長(zhǎng)期穩(wěn)定性得到了很大的提高,3000 s的CA測(cè)試后,電流密度保持在0.63 mA cm~(-2)。
【學(xué)位單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TM911.4;TQ426
【部分圖文】：

圖 1-1 直接甲醇燃料電池（DMFCs）原理圖[3]Fig. 1-1 The working principle of DMFCs.堿性和酸性環(huán)境下，直接甲醇燃料電池的陰陽極的化學(xué)反應(yīng)具體的化學(xué)反應(yīng)方程式如下：件：2CH3OH+16OH-+12e →2CO32-+12H2O 3O2+12e +6H2O→12OH-式：2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O 件：2CH3OH+12e +2H2O→12H++2CO23O2+12e +12H+→6H2O 式：2CH3OH+3O2=4 H2O+2 CO2

圖 1-2 燃料電池應(yīng)用領(lǐng)域Fig. 1-2 The applications of fuel cell.燃料電池技術(shù)雖然已經(jīng)取得了很大的發(fā)展，但是在民用領(lǐng)域的應(yīng)用并未達(dá)到商業(yè)化水平，成本和壽命等問題還一直限制著其發(fā)展。在未來的發(fā)展路線中，降低成本、延長(zhǎng)壽命是發(fā)展的一個(gè)大方向，需要從燃料電池的材料、部件和系統(tǒng)三個(gè)方向改進(jìn)創(chuàng)新�，F(xiàn)今，燃料電池陽極催化劑材料常用的 Pt 基催化劑成本高、抗毒性差，極大地制約著燃料電池的進(jìn)一步發(fā)展，為了解決這一問題，科學(xué)工作者將研究方向轉(zhuǎn)向了非 Pt 基催化劑的研究。燃料電池的電解質(zhì)膜部件的優(yōu)劣嚴(yán)重影響著催化劑利用率的高低，進(jìn)一步優(yōu)化有利于提高燃料電池的性能，減小催化劑的用量，進(jìn)而降低成本，延長(zhǎng)使用壽命。經(jīng)相關(guān)研究表明，在車用燃料電池領(lǐng)域，系統(tǒng)穩(wěn)定性差會(huì)導(dǎo)致電池壽命衰減[9,10]，為了緩解這一問題，需要采用額外的儲(chǔ)能裝置，例如二次電池、超級(jí)電容器等于燃料電池組成電-電混合動(dòng)力系統(tǒng)，進(jìn)而保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

天津大學(xué)碩士學(xué)位論文載體有利于催化劑顆粒的分散、提高酸堿性環(huán)境中的穩(wěn)定性、有利于貴金屬的回收利用[30]。活性碳會(huì)吸引含氧基團(tuán)，從而和催化劑產(chǎn)生配位作用，減少活性粒子在載體上的團(tuán)聚與遷移，由此增加催化劑的分散度，此外，兩者之間的配位作用會(huì)影響活性粒子，例如 Pt 的表面電子狀態(tài)，進(jìn)而減少活性成分的用量，達(dá)到降低催化劑成本、提高性能的目的。

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本文編號(hào)：2825260