本文關(guān)鍵詞：負載型鉑基納米電極的制備及電催化性能研究

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【摘要】：直接甲醇燃料電池(DMFC)由于其高能量密度、低運行溫度、無污染等優(yōu)點,已引起人們的廣泛關(guān)注。Pt或Pt基合金具有更優(yōu)異的甲醇催化性能,常常被首選為DMFC陽極的催化劑,但Pt催化劑價格昂貴和易CO中毒的缺點嚴重抑制了DMFC的大規(guī)模應(yīng)用和工業(yè)化發(fā)展。因此,研究制備高活性鉑基納米電極、減少貴金屬的用量同時有效抑制催化劑中毒具有重要的意義。本文以陽極氧化制備的TiO_2納米管陣列(TNTs)為載體,通過脈沖電沉積制備了高催化性能的Pt/TNTs復(fù)合電極、Pt/RuO_2/TNTs復(fù)合電極和PtRu/TNTs復(fù)合電極,借助XRD、FESEM、EDS、XPS和循環(huán)伏安等表征手段,研究了電解液組成和電沉積參數(shù)對電極微觀形貌、成分、物相以及電催化性能和抗CO中毒性能的影響。主要研究結(jié)果如下:第三章以TNTs為載體,采用脈沖電流沉積制備了高活性的納米顆粒Pt/TNTs復(fù)合電極,考察了TNTs摻雜處理、脈沖沉積時間等對電極催化性能的影響。通過還原摻雜處理,TNTs表面的部分Ti~(4+)被還原成Ti~(3+),改善了TNTs的導電性,在電沉積過程中促使生成細小、均勻的Pt納米顆粒,使電極的甲醇氧化催化性能顯著提高。動力學分析結(jié)果表明,Pt/還原摻雜TNTs復(fù)合電極的傳遞系數(shù)αn值為0.198,與Pt/未還原摻雜TNTs電極相比大大提高。電沉積240 min制備的復(fù)合電極催化活性相對較高,甲醇氧化峰電流達到76.6 mA/cm~2,電極的甲醇催化性能提升了60%。第四章以TNTs為載體,通過涂覆RuO_2、電沉積Pt納米顆粒制備了Pt/RuO_2/TNTs復(fù)合電極,詳細研究了RuO_2中間層對電極催化活性及抗中毒性能的影響。通過電化學阻抗測試發(fā)現(xiàn),中間層RuO_2的存在使電荷轉(zhuǎn)移電阻Rct和電感L降低到28.3Ω?cm~2和82.6 H?cm~2,這說明中間層RuO_2不僅促使電極的甲醇氧化催化活性提升,且有利于抑制Pt中毒現(xiàn)象。RuO_2涂覆5次時,電沉積1500s制備的電極在0.5 mol/L CH_3OH、1 mol/L H_2SO_4溶液中甲醇催化峰電流可達到105 mA/cm~2,RuO_2涂覆13次后的電極經(jīng)過500圈后甲醇催化性能保持在原來的96.7%,在低電位(0.4VSCE)就出現(xiàn)了CO氧化電流,表現(xiàn)出優(yōu)秀的穩(wěn)定性和抗CO中毒性能。第五章以TNTs為載體,通過電化學共沉積制備得到具有納米顆粒PtRu/TNTs復(fù)合電極,研究了電解液中PtRu摩爾濃度比、脈沖電位和占空比等因素對電極催化性能及抗中毒性能的影響。優(yōu)化工藝條件為:電解液中PtRu摩爾比為5:1,脈沖沉積電位V_1=-0.6 V,沉積時間T_1=0.1 s,反向溶解電位V_2=-0.1V,溶解時間T_2=0.9 s,占空比D=0.1。在該條件下制備的PtRu/TNTs電極表面PtRu原子比為2:1,其甲醇氧化催化活性及抗CO中毒性能均優(yōu)于其它共沉積條件下制備的電極,甲醇氧化峰電流達到33.9 mA/cm~2。
【關(guān)鍵詞】：Pt Ru TiO_2納米管陣列 甲醇氧化 抗CO中毒性能
【學位授予單位】：浙江工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TM911.4
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 緒論10-22
• 1.1 引言10
• 1.2 直接甲醇燃料電池概述10-14
• 1.2.1 燃料電池發(fā)展簡史10-12
• 1.2.2 燃料電池的分類及特點12-13
• 1.2.3 直接甲醇燃料電池13-14
• 1.3 DMFC陽極催化劑發(fā)展情況14-18
• 1.3.1 一元催化劑14-15
• 1.3.2 二元催化劑15-17
• 1.3.3 多元催化劑17
• 1.3.4 非貴金屬催化劑17-18
• 1.4 DMFC陽極催化劑載體的選擇18-21
• 1.4.1 碳類載體材料18-19
• 1.4.2 鈦類載體材料19-20
• 1.4.3 其他材料20-21
• 1.5 選題依據(jù)和主要研究內(nèi)容21-22
• 第二章 實驗內(nèi)容與測試方法22-26
• 2.1 化學試劑和儀器22-23
• 2.1.1 化學試劑22-23
• 2.1.2 實驗儀器23
• 2.2 實驗流程23-24
• 2.2.1 試樣前處理24
• 2.2.2 TiO_2納米管陣列的制備24
• 2.2.3 電極的制備24
• 2.3 材料測試與表征24-25
• 2.3.1 物相分析（XRD）24
• 2.3.2 掃描電子顯微鏡（SEM、EDS）24
• 2.3.3 透射電子顯微鏡（XPS）24-25
• 2.4 電化學測試25-26
• 2.4.1 循環(huán)伏安測試25
• 2.4.2 電化學阻抗測試25
• 2.4.3 CO溶出伏安測試25-26
• 第三章 Pt/TNTs復(fù)合電極的制備及對甲醇氧化催化性能研究26-38
• 3.1 前言26
• 3.2 實驗方法26-27
• 3.2.1 TNTs載體的制備26
• 3.2.2 Pt/TNTs復(fù)合電極的制備26-27
• 3.3 結(jié)果與討論27-37
• 3.3.1 TNTs還原摻雜處理27-30
• 3.3.2 形貌表征30-33
• 3.3.3 電化學測試33-35
• 3.3.4 動力學研究35-37
• 3.4 本章小結(jié)37-38
• 第四章 Pt/RuO_2/TNTs復(fù)合電極的制備及其性能研究38-49
• 4.1 引言38
• 4.2 實驗方法38-39
• 4.2.1 TNTs載體的制備38
• 4.2.2 RuO_2/TNTs載體制備38-39
• 4.2.3 Pt/RuO_2/TNTs復(fù)合電極的制備39
• 4.3 形貌物相分析39-48
• 4.3.2 催化性能測試40-43
• 4.3.3 電化學阻抗測試43-46
• 4.3.4 CO溶出實驗測試46-48
• 4.4 本章小結(jié)48-49
• 第五章 PtRu/TNTs復(fù)合電極的制備及其性能研究49-58
• 5.1 引言49
• 5.2 實驗方法49-50
• 5.2.1 TNTs載體的制備49
• 5.2.2 PtRu/TNTs復(fù)合電極的制備49-50
• 5.3 結(jié)果與討論50-57
• 5.3.1 形貌物相分析50-52
• 5.3.2 沉積電位及占空比對電極催化性能的影響52-53
• 5.3.3 電解液配比對電極催化性能的影響53-57
• 5.4 本章小結(jié)57-58
• 第六章 總結(jié)與展望58-60
• 6.1 總結(jié)58-59
• 6.2 展望59-60
• 參考文獻60-69
• 致謝69-70
• 碩士期間發(fā)表的論文70

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7 王sヶ，

本文編號：655219