發(fā)布時(shí)間：2017-05-14 12:02

  本文關(guān)鍵詞：垂直取向石墨烯負(fù)載鉑—釕納米催化劑催化甲醇氧化基礎(chǔ)研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：由于直接甲醇燃料電池(DMFC)無(wú)需外部重整制氫,從而在攜帶、運(yùn)輸和儲(chǔ)存方面都極具優(yōu)勢(shì),具有良好的商業(yè)發(fā)展前景�？紤]到甲醇氧化反應(yīng)(MOR)在常溫下反應(yīng)速率較低的問(wèn)題,開(kāi)發(fā)高效的陽(yáng)極反應(yīng)催化劑一直以來(lái)都是問(wèn)題的關(guān)鍵。Pt-Ru雙金屬催化劑因其突出的催化性能和良好的抗中毒能力在DMFC的陽(yáng)極催化劑研究中脫穎而出,Pt-Ru催化劑顆粒的粒徑和分布對(duì)其催化性能影響巨大。因此,高比表面積的載體材料對(duì)于促進(jìn)催化劑顆粒的分散和提高金屬催化劑的利用率至關(guān)重要。本論文提出了以垂直取向石墨烯(VG)為基底負(fù)載Pt-Ru雙金屬納米顆粒構(gòu)成甲醇氧化的陽(yáng)極催化劑。通過(guò)微波等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(MW-PECVD)的方法直接在碳紙(CP)上合成了密集的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)垂直取向石墨烯。在標(biāo)準(zhǔn)三電極電化學(xué)體系中采用重復(fù)雙電壓脈沖電沉積的方法完成了Pt-Ru納米金屬顆粒的負(fù)載。通過(guò)改變沉積液中的前體鹽濃度,實(shí)現(xiàn)了Pt/Ru摩爾比在一定范圍內(nèi)的有效控制。電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-MS)的結(jié)果表明,同工況下,相較于在CP上直接沉積,Pt-Ru納米顆粒在VG上的沉積量可增加到3.5倍。掃描電子顯微鏡(SEM)結(jié)果顯示,VG上的Pt-Ru納米顆粒(平均粒徑在VG上的約50 nm、在CP上約100 nm)的粒徑減小了約一半,分散性也更好。電化學(xué)性能研究發(fā)現(xiàn),電解液的摩爾比[H2PtC16]:[RuCl3]=1:1時(shí),沉積物中Pt的摩爾比例為83.4%,催化性能最佳,包括甲醇氧化催化活性、抗中毒能力和穩(wěn)定性。Tafel曲線測(cè)試和循環(huán)伏安測(cè)試(CV)的結(jié)果表明,最佳Pt/Ru摩爾比的Pt-Ru/VG催化劑能夠?qū)崿F(xiàn)更快速的甲醇脫氫氧化,峰值電流密度高達(dá)339.2 mA mg-1,遠(yuǎn)高于同工況下使用商用基底制備的Pt-Ru/CP和Pt-Ru/Vulcan催化劑(分別為116.3和192.8 mA mg-1).同時(shí),最佳Pt-Ru/VG催化劑材料的甲醇氧化催化活性和抗中毒能力均優(yōu)于Pt-Ru/CP和Pt-Ru/Vulcan。
【關(guān)鍵詞】：直接甲醇燃料電池 甲醇氧化 電催化 垂直取向石墨烯 雙金屬催化劑
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O643.36;TM911.4
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 符號(hào)表8-11
• 1 緒論11-27
• 1.1 前言11-12
• 1.2 直接甲醇燃料電池研究背景12-14
• 1.2.1 直接甲醇燃料電池的發(fā)展概況12-13
• 1.2.2 直接甲醇燃料電池的工作原理13-14
• 1.2.3 直接甲醇燃料電池的應(yīng)用情況14
• 1.3 直接甲醇燃料電池陽(yáng)極催化劑的研究現(xiàn)狀14-25
• 1.3.1 直接甲醇燃料電池(DMFC)的主要技術(shù)問(wèn)題14-15
• 1.3.2 影響催化劑電催化性能的因素15-16
• 1.3.3 一元催化劑16
• 1.3.4 二元及多元催化劑16-18
• 1.3.5 負(fù)載型催化劑的載體18-21
• 1.3.6 負(fù)載型催化的制備方法21-25
• 1.4 本文的研究?jī)?nèi)容及意義25-27
• 2 實(shí)驗(yàn)27-32
• 2.1 實(shí)驗(yàn)試劑27
• 2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備27-28
• 2.3 電化學(xué)制備與測(cè)試28-30
• 2.3.1 雙脈沖電壓電沉積28-29
• 2.3.2 電化學(xué)測(cè)試29-30
• 2.4 催化劑材料表征方法30-32
• 2.4.1 電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-MS)30
• 2.4.2 掃描電子顯微鏡(SEM)30
• 2.4.3 透射電子顯微鏡(TEM)30
• 2.4.4 X-射線衍射(XRD)30
• 2.4.5 X-射線光電子能譜(XPS)30-32
• 3 Pt-Ru/CP和Pt-Ru/VG催化劑材料的制備與表征32-40
• 3.1 前言32
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分32-33
• 3.2.1 垂直取向石墨烯的制備32-33
• 3.2.2 電沉積制備Pt-Ru/CP和Pt-Ru/VG催化劑材料33
• 3.3 結(jié)果與討論33-39
• 3.3.1 Pt-Ru催化劑在VG和CP上的沉積量33-35
• 3.3.2 Pt-Ru/CP和Pt-Ru/VG催化劑的SEM圖和TEM圖35-37
• 3.3.3 Pt-Ru/VG催化劑的XRD測(cè)試結(jié)果分析37-38
• 3.3.4 Pt-Ru/VG催化劑的XPS測(cè)試結(jié)果分析38-39
• 3.4 本章小結(jié)39-40
• 4 Pt-Ru/VG催化劑甲醇氧化催化性能40-50
• 4.1 前言40
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分40-41
• 4.3 結(jié)果與討論41-49
• 4.3.1 Pt-Ru/VG催化劑的電催化活性41-45
• 4.3.2 Pt-Ru/VG催化劑的抗中毒能力分析45-47
• 4.3.3 Pt-Ru/VG催化劑的催化穩(wěn)定性分析47
• 4.3.4 Pt-Ru/VG與Pt/VG催化劑的Tafel性能曲線測(cè)試47-49
• 4.4 本章小結(jié)49-50
• 5 Pt-Ru/VG催化劑與商用基底的對(duì)比研究50-55
• 5.1 前言50
• 5.2 實(shí)驗(yàn)部分50-51
• 5.3 結(jié)果與討論51-54
• 5.3.1 Pt-Ru/VG、Pt-Ru/CP和Pt-Ru/Vulcan催化甲醇氧化性能51-52
• 5.3.2 Pt-Ru/VG和Pt-Ru/CP進(jìn)一步對(duì)比研究52-54
• 5.4 本章小結(jié)54-55
• 6 總結(jié)55-57
• 6.1 結(jié)論與展望55-56
• 6.2 本文的創(chuàng)新之處56-57
• 參考文獻(xiàn)57-65
• 作者簡(jiǎn)歷65-66

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