能源緊缺、環(huán)境惡化是當今世界面臨的主要問題。發(fā)展清潔、可再生的能源成為人類迫切需要解決的問題。直接乙醇燃料電池可將化學能轉(zhuǎn)換為電能且排放少量的,主要應用于電子便攜式設備、便攜式輔助充電器和運輸工具。直接乙醇燃料電池吸引了越來越多的關注,主要是由于其燃料能量密度高、便于儲存和運輸、可再生性。盡管,直接乙醇燃料電池具有較大的商業(yè)化潛力,但其動力學反應緩慢,嚴重阻礙了乙醇燃料電池的發(fā)展。所以,乙醇燃料電池的發(fā)展面臨巨大的挑戰(zhàn),要想提高乙醇燃料電池在堿性介質(zhì)中的催化氧化反應,關鍵在于發(fā)展高活性、高穩(wěn)定性、經(jīng)濟廉價的乙醇燃料電池陽極催化劑。目前,乙醇燃料電池的陽極催化劑主要以Pt基或Pd基催化劑為主。然而,低活性、弱耐久性、低選擇性和較高的材料制備成本限制了Pt基或Pd基催化劑的發(fā)展。為了解決以上問題,開發(fā)并實施了一些改進策略,合成多組分或納米組分的復合催化劑。讓Pt或Pd與過渡金屬進行合金化,主要通過調(diào)節(jié)電子結構和優(yōu)化催化劑表面吸附能來改善催化劑的催化性能;通過讓Pt或Pd與過渡金屬氧化物或氫氧化物混合,構建協(xié)同催化劑來提高催化劑的催化活性。研究發(fā)現(xiàn),兩種策略都能有效地提高催化劑的催化活性和穩(wěn)... 

【文章來源】：華南理工大學廣東省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學位級別】：博士

【部分圖文】：

直接乙醇燃料電池示意圖

第一章緒論11高C-C鍵的裂解，顯著促進了乙醇的催化氧化反應，為三元Pt基催化劑的設計提供思路[90-94]。Pt與過渡金屬氧化物或氫氧化物混合的復合催化劑。Pt與過渡金屬氧化物或氫氧化物混合是制備催化劑的另一策略，引入過渡金屬氧化物或氫氧化物，不僅可以促進水的裂解，為催化反應提供羥基，還能夠提高催化劑的催化活性。Li等[95]制備了多孔的納米結構催化劑Pt-NiOx，促進了乙醇的催化氧化反應。研究發(fā)現(xiàn)，引入了SnO2，能夠提高催化劑的催化性能，與Pt/C相比，具有較高的催化活性和較強的抗CO中毒能力，具有重要意義[96-98]。如圖1-2乙醇在Pt電極上催化氧化的反應機理。實線代表低電解質(zhì)pH下的機理，虛線代表高電解質(zhì)pH下的機理。[99]Figure1-2Proposedreactionmechanismforelectro-oxidationofethanolonPtelectrodes.SolidlineshowsthemechanismatlowelectrolytepH,whiledashedlineshowsthemechanismathighelectrolytepH.[99]1.3.3.2Pd基催化劑Pd基催化劑是乙醇燃料電池研究較多的一類催化劑，多用于堿性乙醇燃料電池中。在堿性介質(zhì)中，乙醇在Pd電極界面上的反應途徑如圖1-3。目前，Pd基催化劑主要分

華南理工大學博士論文12為三類，即碳材料為載體的Pd基催化劑、Pd基二元三元合金化催化劑和Pd與過渡金屬氧化物或氫氧化物混合的復合催化劑。圖1-3堿性介質(zhì)中Pd電極界面上C2H5OH的反應途徑。[100]Figure1-3ReactionpathwaysforinterfacialC2H5OHatPdelectrodesinalkalinemedia.[100]以碳材料為載體的Pd基催化劑。一種合適的載體材料，需滿足以下特征，高比表面積、良好的導電導熱性、合適的孔隙度以確保燃料電池反應中反應物的流動。研究發(fā)現(xiàn)，炭黑（CarbonBlack，CB）能夠滿足這些特征，且其簡單易得、成本較低、容易被活化。但是，它也存在自身的缺點，如炭黑在酸性環(huán)境中或者在高溫下（>90°C）容易被腐蝕。碳納米管（CarbonNanotubes，CNTs）是另外一種乙醇燃料電池催化劑的載體材料，碳納米管具有較高的導電性、較大的比表面積和多孔結構，有利于金屬的分散和反應物的流動，使催化劑具有較高的催化活性[101-104]。隨著石墨化程度的增加，位點的數(shù)量會增加，位點可作為金屬納米顆粒的活性中心，因此，促進了載體和金屬間的相互作用，也使載體的抗氧化性大大提高。多壁碳納米管（Multi-wallCarbonNanotubes,MWCNTs）和它的功能化衍生物也是一種載體材料，被廣泛的應用于燃料電池催化劑的制備。Rajesh等[105]用氫氟酸處理的多壁碳納米管為載體材料，制備了Pd基催化劑，研究表明，此催化劑具有較好的催化性能。催化劑催化性能的提高主要是由于多壁碳納米管具有大量的微孔結構，不僅可以很好地錨定Pd納米顆粒，而且能夠

【參考文獻】：
期刊論文
[1]Platinum nanoparticles coated by graphene layers: A low-metal loading catalyst for methanol oxidation in alkaline media[J]. Camelia Berghian-Grosan,Teodora Radu,Alexandru R.Biris,Monica Dan,Cezara Voica,Fumiya Watanabe,Alexandru S.Biris,Adriana Vulcu.  Journal of Energy Chemistry. 2020(01)
[2]One step NaBH4 reduction of Pt-Ru-Ni catalysts on different types of carbon supports for direct ethanol fuel cells : Synthe sis and characte rization[J]. Napha Sudachom,Chompunuch Warakulwit,Chaiwat Prapainainar,Thongthai Witoon,Paweena Prapainainar.  燃料化學學報. 2017(05)



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