Pd/TM@TM x O y -rGO（TM=Ni，Co，Mn）復(fù)合結(jié)構(gòu)材料的制備及電催化性能研究
發(fā)布時(shí)間：2021-01-15 11:58
近年來,直接甲醇燃料電池（DMFC）因其操作簡單、污染低、能量密度高等優(yōu)點(diǎn),受到了廣泛的關(guān)注。在DMFC各組分中,成本占比最高的是陽極催化劑,而常見的Pt基和Pd基催化劑因成本高、易中毒等缺點(diǎn),限制了燃料電池的產(chǎn)業(yè)化。在堿性介質(zhì)中,Pd基催化劑的抗中毒能力比Pt基催化劑好,故目前廣泛地研究Pd基催化劑。本論文采用不同的還原劑來制備具有核殼結(jié)構(gòu)的過渡金屬粒子（TM=Ni,Co,Mn）修飾的還原氧化石墨烯（rGO）為載體（TM@TMx Oy-rGO）,再用光化學(xué)還原法負(fù)載Pd納米短鏈制得Pd/TM@TMx Oy-rGO催化劑,系統(tǒng)地開展研究工作,分別采用了強(qiáng)還原劑硼氫化鈉（NaBH4）、弱還原劑葡萄糖（Glucose）和酰胺類還原劑N,N-二甲基甲酰胺（DMF）,其制得的催化劑分別表示為Pd/TM@TMx Oy-rGO（B）、Pd/TM@TMx Oy-rGO（G）和Pd/TM@TMx<...
【文章來源】：昆明理工大學(xué)云南省
【文章頁數(shù)】：87 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
直接甲醇燃
昆明理工大學(xué)碩士論文2甲醇來源廣、成本低、易儲存和運(yùn)輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)，使得DMFC成為新能源主流研究之一[5]。圖1.1是甲醇燃料電池在生活中的一些應(yīng)用。圖1.1直接甲醇燃料電池在生活中的應(yīng)用1.2.1直接甲醇燃料電池的結(jié)構(gòu)和工作原理圖1.2直接甲醇燃料電池構(gòu)造和工作原理示意圖直接甲醇燃料電池工作原理（如圖1.2所示）,將甲醇溶液送至燃料電池的陽極,在催化劑作用下,甲醇被氧化為CO2,并獲得電子和氫質(zhì)子,電子通過外電路傳遞到陰極,而氫質(zhì)子則經(jīng)過質(zhì)子交換膜也移動到陰極,實(shí)現(xiàn)質(zhì)子導(dǎo)電�？諝饣騉2與水蒸氣的混合物被傳到陰極,氧分子與電子和質(zhì)子在陰極上發(fā)生電催化還原反應(yīng)生成水。質(zhì)子的遷移導(dǎo)致陽極出現(xiàn)帶負(fù)電的電子積累,從而形成負(fù)極,而陰極的氧分子在催化劑的作用下與電子反應(yīng)變成氧離子,使陰極形成正極。其結(jié)果就是陽極和陰極之間產(chǎn)生一個(gè)電壓,兩端通過外電路構(gòu)成閉合回路,電子自陽極流向陰極,繼而產(chǎn)生電流。反應(yīng)方程式如下所示：陽極：CH3OH+H2O→CO2+6H++6e-(1.1)陰極：3/2O2+6H++6e-→3H2O(1.2)總反應(yīng)：CH3OH+3/2O2→CO2+H2O(1.3)
昆明理工大學(xué)碩士論文4最后把CO2排出。甲醇在Pt電極表面的電氧化機(jī)理如圖1.3所示，主要包括以下步驟：圖1.3甲醇在Pt電極表面的電氧化機(jī)理[9]CH3OH+Pt→Pt-CH2OH+H++e-(1.7)Pt-CH2OH+Pt→Pt2-CHOH+H++e-(1.8)Pt2-CHOH+Pt→Pt3-COH+H++e-(1.9)Pt3-COH→Pt-CO+2Pt+H++e-(1.10)M+H2O→M-OHads+H++e-(1.11)Pt-CO+M-OHads→PtM+CO2+H++e-(1.12)在反應(yīng)溫度較低時(shí)，甲醇發(fā)生不完全氧化反應(yīng)，生成甲酸或甲醛[6,7]：Pt-CH3OH→Pt+HCHO+H++e-(1.13)Pt2-CHOH+M-OH→Pt2M+HCOOH+H++e-(1.14)其中（1.7）～（1.10）是電吸附過程，反應(yīng)速率分別是（1.9）＞（1.8）＞（1.7）。該機(jī)理認(rèn)為CO是一個(gè)不可避免的中間產(chǎn)物，被稱為連續(xù)反應(yīng)路徑。也有一些研究者認(rèn)為甲醇在Pt電極上的氧化是平行路徑，一條途徑是毒化途徑，即為生成CO；
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]高催化活性Pd-Co3O4/MWCNTs催化劑對甲醇氧化的電催化性能[J]. 聶素連,趙彥春,范杰文,田建裊,寧珍,李笑笑. 物理化學(xué)學(xué)報(bào). 2012(04)
[2]金屬納米顆粒制備中的還原劑與修飾劑[J]. 王立英,蔡靈劍,沈頔,馮永剛,陳萌,錢東金. 化學(xué)進(jìn)展. 2010(04)
[3]邊長為微米級的銀納米片的簡易合成與形成機(jī)理[J]. 段君元,章橋新,王一龍,官建國. 物理化學(xué)學(xué)報(bào). 2009(07)
[4]低溫燃料電池?fù)?dān)載型貴金屬催化劑[J]. 李文震,孫公權(quán),嚴(yán)玉山,辛勤. 化學(xué)進(jìn)展. 2005(05)
本文編號：2978832
【文章來源】：昆明理工大學(xué)云南省
【文章頁數(shù)】：87 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
直接甲醇燃
昆明理工大學(xué)碩士論文2甲醇來源廣、成本低、易儲存和運(yùn)輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)，使得DMFC成為新能源主流研究之一[5]。圖1.1是甲醇燃料電池在生活中的一些應(yīng)用。圖1.1直接甲醇燃料電池在生活中的應(yīng)用1.2.1直接甲醇燃料電池的結(jié)構(gòu)和工作原理圖1.2直接甲醇燃料電池構(gòu)造和工作原理示意圖直接甲醇燃料電池工作原理（如圖1.2所示）,將甲醇溶液送至燃料電池的陽極,在催化劑作用下,甲醇被氧化為CO2,并獲得電子和氫質(zhì)子,電子通過外電路傳遞到陰極,而氫質(zhì)子則經(jīng)過質(zhì)子交換膜也移動到陰極,實(shí)現(xiàn)質(zhì)子導(dǎo)電�？諝饣騉2與水蒸氣的混合物被傳到陰極,氧分子與電子和質(zhì)子在陰極上發(fā)生電催化還原反應(yīng)生成水。質(zhì)子的遷移導(dǎo)致陽極出現(xiàn)帶負(fù)電的電子積累,從而形成負(fù)極,而陰極的氧分子在催化劑的作用下與電子反應(yīng)變成氧離子,使陰極形成正極。其結(jié)果就是陽極和陰極之間產(chǎn)生一個(gè)電壓,兩端通過外電路構(gòu)成閉合回路,電子自陽極流向陰極,繼而產(chǎn)生電流。反應(yīng)方程式如下所示：陽極：CH3OH+H2O→CO2+6H++6e-(1.1)陰極：3/2O2+6H++6e-→3H2O(1.2)總反應(yīng)：CH3OH+3/2O2→CO2+H2O(1.3)
昆明理工大學(xué)碩士論文4最后把CO2排出。甲醇在Pt電極表面的電氧化機(jī)理如圖1.3所示，主要包括以下步驟：圖1.3甲醇在Pt電極表面的電氧化機(jī)理[9]CH3OH+Pt→Pt-CH2OH+H++e-(1.7)Pt-CH2OH+Pt→Pt2-CHOH+H++e-(1.8)Pt2-CHOH+Pt→Pt3-COH+H++e-(1.9)Pt3-COH→Pt-CO+2Pt+H++e-(1.10)M+H2O→M-OHads+H++e-(1.11)Pt-CO+M-OHads→PtM+CO2+H++e-(1.12)在反應(yīng)溫度較低時(shí)，甲醇發(fā)生不完全氧化反應(yīng)，生成甲酸或甲醛[6,7]：Pt-CH3OH→Pt+HCHO+H++e-(1.13)Pt2-CHOH+M-OH→Pt2M+HCOOH+H++e-(1.14)其中（1.7）～（1.10）是電吸附過程，反應(yīng)速率分別是（1.9）＞（1.8）＞（1.7）。該機(jī)理認(rèn)為CO是一個(gè)不可避免的中間產(chǎn)物，被稱為連續(xù)反應(yīng)路徑。也有一些研究者認(rèn)為甲醇在Pt電極上的氧化是平行路徑，一條途徑是毒化途徑，即為生成CO；
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]高催化活性Pd-Co3O4/MWCNTs催化劑對甲醇氧化的電催化性能[J]. 聶素連,趙彥春,范杰文,田建裊,寧珍,李笑笑. 物理化學(xué)學(xué)報(bào). 2012(04)
[2]金屬納米顆粒制備中的還原劑與修飾劑[J]. 王立英,蔡靈劍,沈頔,馮永剛,陳萌,錢東金. 化學(xué)進(jìn)展. 2010(04)
[3]邊長為微米級的銀納米片的簡易合成與形成機(jī)理[J]. 段君元,章橋新,王一龍,官建國. 物理化學(xué)學(xué)報(bào). 2009(07)
[4]低溫燃料電池?fù)?dān)載型貴金屬催化劑[J]. 李文震,孫公權(quán),嚴(yán)玉山,辛勤. 化學(xué)進(jìn)展. 2005(05)
本文編號：2978832
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