非晶态金属/合金在甲醇电催化剂中的应用研究

摘要

随着传统化石能源的不断消耗和日益严峻的环境问题,世界各国都在积极开发新的能源系统,直接甲醇燃料电池作为一种绿色可持续发展的新型能源受到人们的广泛研究。然而对于直接甲醇燃料电池,无论是阳极还是阴极催化剂,目前主要使用贵金属 Pt基催化剂,因此严重制约了直接甲醇燃料电池的大规模商业化。为了实现高功率密度和直接甲醇燃料电池的低成本生产,对催化剂的结构进行设计或改进是提高直接甲醇燃料电池催化剂活性的一条有效途径。
　　本论文将非晶态金属/合金应用于直接甲醇燃料电池催化剂,合成了Pt-NiA/C催化剂、PtRu-NiA/C催化剂和PtCoA/C催化剂,并对催化剂分别进行了表征。具体见如下的三部分:
　　第一部分 Pt修饰非晶态Ni/C催化剂催化氧化甲醇性能研究
　　运用不同方法合成的晶态和非晶态Ni/C作为核,分别制备了核壳结构的Pt修饰晶态Ni/C(Pt-NiC/C)和Pt修饰非晶态Ni/C(Pt-NiA/C)催化剂。TEM和XRD对催化剂的结构进行了表征,XPS和EDS分别表征了催化剂的组成,采用CV、CA等电化学手段对催化剂活性面积、催化氧化甲醇性能以及抗CO中毒能力进行了测试。测试结果表明 Pt-NiA/C催化剂比 Pt-NiC/C催化剂更具有更高的催化氧化甲醇活性和稳定性。
　　第二部分 PtRu修饰Ni/C催化剂催化氧化甲醇性能研究
　　使用晶态和非晶态Ni/C作为核,分别制备了核壳结构的PtRu修饰晶态Ni/C(PtRu-NiC/C)和PtRu修饰非晶态Ni/C(PtRu-NiA/C)催化剂。XRD和TEM表征了催化剂的结构,电化学方法表征了催化剂的活性面积、催化氧化甲醇性能和稳定性。TEM测试表明催化剂PtRu-NiA/C的颗粒尺寸更小;氢的吸脱附测试和CO吸脱附测试都展示了催化剂PtRu-NiA/C的电化学活性面积更大,而且抗CO中毒能力也更强;催化氧化甲醇性能测试表明催化剂 PtRu-NiA/C具有更高的催化氧化甲醇活性;计时电流测试发现催化剂PtRu-NiA/C电流密度衰减的比较快,但是在1000 s后仍保持了比催化剂PtRu-NiC/C更高的电流密度。
　　第三部分非晶态PtCo/C催化剂催化氧化甲醇性能研究
　　采用不同的方法分别制备了晶态PtCo/C(PtCoC/C)催化剂和非晶态PtCo/C(PtCoA/C)催化剂,并对PtCoA/C催化剂进行了不同温度的热处理。XRD表征了催化剂的结构,电化学方法测试了催化剂的催化氧化甲醇活性。电化学测试表明:PtCoA/C催化剂比PtCoC/C催化剂和相同Pt负载量的商业Pt/C催化剂具有更高的催化活性和稳定性,对其进行热处理后,催化剂PtCoA/C的电化学活性面积虽然减小,但其催化氧化甲醇活性和稳定性却更高,而且对于PtCoA/C催化剂,其电压为0.55 V和0.60 V时,热处理温度越高,活化能越低。

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第一章 文献综述

1.1 引言

1.2 燃料电池

1.3 直接甲醇燃料电池

1.4 非晶态金属/合金材料

1.5 本论文的研究思路

参考文献

第二章 实验部分

2.1 化学试剂与原料

2.2 实验相关仪器

2.3 实验方法

2.4 测试方法

第三章 Pt修饰非晶态Ni/C催化剂催化氧化甲醇性能研究

3.1 前言

3.2 实验制备

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

参考文献

第四章 PtRu修饰非晶态Ni/C催化剂催化氧化甲醇性能研究

4.1 前言

4.2 实验制备

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

参考文献

第五章 非晶态PtCo/C催化剂催化氧化甲醇性能研究

5.1 前言

5.2 实验制备

5.3 结果与讨论

5.4 本章小结

参考文献

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