本文關(guān)鍵詞：直接甲醇燃料電池納米結(jié)構(gòu)電催化材料及多孔電極研究（英文）

  更多相關(guān)文章： 催化劑 多孔電極 甲醇滲透 電催化性能 膜電極 直接甲醇燃料電池

【摘要】：直接甲醇燃料電池(DMFC)因其燃料能量密度高,工作溫度低,低污染排放等優(yōu)點被認為是用作移動設(shè)備電源的最佳選擇之一,至今已有美國的Oorja Protonics公司和丹麥的IRD公司等新能源相關(guān)企業(yè)相繼發(fā)布了多款用于手機、電腦、通信基站、叉式裝卸機或房車的商業(yè)產(chǎn)品.然而,DMFC內(nèi)部的復(fù)雜情況造成的多種不同的電壓損失仍舊使得其實際電壓效率遠低于理論值.其中從陽極滲透到陰極的甲醇造成的混合電位導(dǎo)致的電壓損失尤為明顯.目前,眾多研究人員都致力于開發(fā)高穩(wěn)定性、高耐久性、高性能且低成本的催化材料體系,以克服傳統(tǒng)Pt催化劑存在的各種問題.除了催化劑本身之外,DMFC的問題還與其中膜電極的微結(jié)構(gòu)和電化學(xué)特性息息相關(guān).膜電極是化學(xué)能通過電催化氧化還原反應(yīng)轉(zhuǎn)化為電能的反應(yīng)場所,通常由陽極擴散層、陽極催化層、質(zhì)子交換膜、陰極催化層和陰極擴散層依序組合而成.通過對MEA中的各層進行優(yōu)化,如傳質(zhì)管理和甲醇滲透等問題都能得到有效解決.近年來,納米技術(shù)常被用于改進DMFC性能的研究.具備納米結(jié)構(gòu)的金屬-碳/金屬氧化物載體類催化材料得到了廣泛研究.這些電催化材料在制備方法、結(jié)構(gòu)和組分上都有較大區(qū)別.結(jié)構(gòu)方面,許多研究都證明制備納米級多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)或者有序陣列結(jié)構(gòu)的催化層有助于提高催化性能和Pt的利用率.組分方面,許多研究人員都開展了引入Pt以外金屬成分或金屬氧化物來改變Pt催化劑的表面電子狀態(tài)的研究.引入這些組分導(dǎo)致的配位體效應(yīng)可以通過弱化Pt與H+,OH-或COads等的相互作用來起到抗催化毒化和提高催化效率的作用.盡管對于DMFC領(lǐng)域的認知逐漸完善,但是仍有許多問題有待解決.因此,本文介紹了目前用于DMFC的納米結(jié)構(gòu)電催化材料和多孔電極的研究進展.重點介紹了納米結(jié)構(gòu)催化劑和載體材料的合成及表征.通過對比不同催化材料的特性可以發(fā)現(xiàn),在本文涉及到的催化材料中,In0.1SnO_2-Pt和(MoO_3)0.2Sn O2-Pt/C表現(xiàn)出了最高的催化活性,但是它們高效催化甲醇電氧化所需的堿性環(huán)境與現(xiàn)在占絕對主流地位的Nafion質(zhì)子交換膜所必須的酸性環(huán)境相沖突,所以其實際應(yīng)用價值在堿性陰離子交換膜研究取得突破前都難以有效發(fā)揮.而另一類表現(xiàn)較好的采用溶致液晶模板法合成的納米樹枝狀和納米星形Pt催化劑則存在制備工藝難以商業(yè)規(guī)�；膯栴}.總的來說,采用溶劑熱合成法制備的Pt-NRCeO_2/GNs和Pt/Ti0.9Sn0.1O_2-C等納米結(jié)構(gòu)金屬氧化物、碳材料復(fù)合載體和Pt基貴金屬催化劑組成的催化材料體系不僅催化性能相對于商業(yè)化Pt納米顆粒有很大提高,而且制備方法易于商業(yè)規(guī)�；�,值得進一步關(guān)注.此外,本文還介紹了如內(nèi)部傳質(zhì)過程的理論建模計算和膜電極中功能結(jié)構(gòu)的制備等優(yōu)化DMFC中多孔電極內(nèi)傳質(zhì)過程的方法.通過計算機模擬得到優(yōu)化DMFC內(nèi)部傳質(zhì)過程所需的擴散層、催化層的傳質(zhì)特性相關(guān)參數(shù),再通過改進MEA制備工藝,有效控制各層的結(jié)構(gòu)參數(shù)向模擬的優(yōu)化值靠攏,能夠?qū)崿F(xiàn)DMFC性能的有效提升.綜合模擬、實驗研究及工藝研究結(jié)果,根據(jù)實際需要,設(shè)計和制備包含新功能層的MEA的相關(guān)研究也更進一步提高了DMFC的性能和實用性.就目前的研究情況而言,如果在性能提升的基礎(chǔ)上,使用壽命再取得突破,DMFC一定會有很好的商業(yè)應(yīng)用前景.
【作者單位】： 北京科技大學(xué)冶金與生態(tài)工程學(xué)院物理化學(xué)系;
【關(guān)鍵詞】： 催化劑 多孔電極 甲醇滲透 電催化性能 膜電極 直接甲醇燃料電池
【基金】：supported by the National Natural Science Foundation of China(51274028)~~
【分類號】：TM911.4;O643.36
【正文快照】： 1.Introduction Direct methanol fuel cells(DMFCs)have been attracting ex-tensive attention for many years as alternative energy devices.DMFCs are promising for use in portable electronic devices and field equipment,as well as light electric vehicles,becau

【相似文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 吳樹新,郁章玉,秦永寧;納米電催化材料的研究進展[J];曲阜師范大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2002年02期

2 ;催化材料科學(xué)國家民委-教育部共建重點實驗室[J];中南民族大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2007年02期

3 戴磊;龍柱;;紙質(zhì)催化材料的研究進展[J];紙和造紙;2011年09期

4 ;中美納米催化材料報告會在上師大舉行[J];化學(xué)世界;2012年04期

5 胡長文,賀慶林,王恩波;多酸型層柱催化材料[J];大學(xué)化學(xué);1997年01期

6 姚楠,熊國興,盛世善,何鳴元,楊維慎;溶膠凝膠法制備中孔分布集中的氧化鋁催化材料[J];燃料化學(xué)學(xué)報;2001年S1期

7 蒙根;許中強;朱海燕;;熱分析質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)在催化材料研究中的應(yīng)用[J];工業(yè)催化;2011年03期

8 王珍珍;翟尚儒;翟濱;肖作毅;安慶大;;基于對硝基苯酚還原模型反應(yīng)的納米金催化材料[J];化學(xué)進展;2014年Z1期

9 童東紳;夏厚勝;周春暉;;蒙皂族粘土基催化材料的設(shè)計制備和催化作用[J];催化學(xué)報;2009年11期

10 班紅艷;方志剛;顧婷婷;;研討式教學(xué)在催化材料與催化劑設(shè)計教學(xué)中的應(yīng)用[J];中國校外教育;2014年03期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 謝彬;張海燕;孟祥舉;肖豐收;;環(huán)境友好路線合成沸石催化材料[A];第十五屆全國分子篩學(xué)術(shù)大會論文集[C];2009年

2 盧冠忠;郭耘;王艷芹;龔學(xué)慶;郭楊龍;;稀土氧化物催化材料的制備及催化性能[A];中國化學(xué)會第27屆學(xué)術(shù)年會第11分會場摘要集[C];2010年

3 謝在庫;;多孔催化材料創(chuàng)新及其在基本有機化學(xué)品合成中的應(yīng)用[A];中國化工學(xué)會2005年石油化工學(xué)術(shù)年會論文集[C];2005年

4 徐魯華;翁端;吳曉東;丁紅梅;沈美慶;;淺談稀土納米催化材料的評價技術(shù)[A];中國稀土學(xué)會第四屆學(xué)術(shù)年會論文集[C];2000年

5 曹榮;;金屬-有機框架化合物負載納米鈀高效催化材料[A];第六屆全國物理無機化學(xué)會議論文摘要集[C];2012年

6 譚青峰;范煜;石岡;鮑曉軍;;由Y沸石前驅(qū)體在高嶺土上原位晶化合成復(fù)合孔道催化材料[A];第十三屆全國催化學(xué)術(shù)會議論文集[C];2006年

7 李亭;李平;余希立;周靜紅;隋志軍;;納米碳纖維／碳氈復(fù)合催化材料的合成[A];第十三屆全國催化學(xué)術(shù)會議論文集[C];2006年

8 張志智;徐志揚;李研;馬波;范峰;張海娟;張喜文;凌鳳香;;新型復(fù)合催化材料的合成與表征[A];第十一屆全國青年催化學(xué)術(shù)會議論文集（上）[C];2007年

9 林凱峰;姜艷秋;陳娜;許憲祝;;納米介孔催化材料的合成及應(yīng)用探索[A];第十四屆全國青年催化學(xué)術(shù)會議會議論文集[C];2013年

10 張宏曄;孫振宇;謝蕓;劉志敏;;可控合成金屬/金屬氧化物納米催化材料的綠色方法研究[A];中國化學(xué)會第27屆學(xué)術(shù)年會第01分會場摘要集[C];2010年

中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 記者 葉青　通訊員 粵科宣;電催化材料“基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究并行”[N];廣東科技報;2014年

2 于生;酯化反應(yīng)催化新體系問世[N];醫(yī)藥經(jīng)濟報;2008年

3 記者 王燕寧　通訊員 徐少亞 楊芳;我國合成出新催化材料并發(fā)現(xiàn)其液固相轉(zhuǎn)變催化體系[N];科技日報;2008年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 張義華;鈦基催化材料的合成、表征和選擇氧化性能研究[D];大連理工大學(xué);2001年

2 林凱峰;具有高氧化活性的介孔催化材料的合成及其結(jié)構(gòu)與催化性能表征[D];吉林大學(xué);2005年

3 張f ;納米介孔催化材料的組裝構(gòu)建及其應(yīng)用研究[D];華東師范大學(xué);2009年

4 姚建峰;多孔催化材料的制備與表征[D];南京工業(yè)大學(xué);2005年

5 金煒陽;核殼結(jié)構(gòu)復(fù)合催化材料AC@ZSM-5的構(gòu)建及其費—托合成應(yīng)用初探[D];浙江大學(xué);2013年

6 任楠;納米催化材料的有序組裝設(shè)計與應(yīng)用[D];復(fù)旦大學(xué);2007年

7 何輝超;半導(dǎo)體基催化材料的制備及其光電催化性能研究[D];重慶大學(xué);2014年

8 禹杰;含氮聚合物負載過渡金屬催化材料的制備及催化性能研究[D];北京科技大學(xué);2015年

9 李仁宏;光誘導(dǎo)活性C-H、C-C鍵的定向轉(zhuǎn)化和無機催化材料表面結(jié)構(gòu)重構(gòu)[D];浙江大學(xué);2014年

10 馬淳安;高活性碳化鎢催化材料的制備、表征及電化學(xué)性能研究[D];上海大學(xué);2005年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 侯和婷;多孔銅鈰基納米催化材料的制備、表征及其催化性能的研究[D];內(nèi)蒙古大學(xué);2015年

2 趙穎;氧化石墨烯基稀土復(fù)合催化材料的制備及其催化性能研究[D];河北工業(yè)大學(xué);2015年

3 石領(lǐng)娟;新型納米催化材料的制備及性能研究[D];河北大學(xué);2013年

4 章澤杰;應(yīng)用于空氣電極的鐵系催化材料的制備及催化性能研究[D];中南大學(xué);2012年

5 張前;高性能納米多孔催化材料的合成及表征[D];吉林大學(xué);2012年

6 李莉;孔道結(jié)構(gòu)含多酸復(fù)合光催化材料的制備及其性能研究[D];東北師范大學(xué);2004年

7 陳文;含磷酸基團催化材料在酯化/酯交換反應(yīng)中的應(yīng)用研究[D];魯東大學(xué);2013年

8 胡劍文;應(yīng)用于空氣電極的過渡金屬氧化物催化材料研究[D];中南大學(xué);2008年

9 亓濱;大氣壓冷等離子體制備負載型Au,Pd催化材料的研究[D];大連大學(xué);2015年

10 楊東;稀土金屬氧化物負載氧化銅納米催化材料對VOC燃燒的催化作用研究[D];北京化工大學(xué);2004年

，

本文編號：627732