三维Pd@SnO2/NF纳米结构作为H2O2基燃料电池阴极研究

摘要

以H2O2替代氧气作为阴极氧化剂的燃料电池，具有体积能量密度高、结构简单、易于操作、不依赖空气环境等突出优点，可广泛用作水下和空间电源。目前，H2O2阴极催化剂存在价格昂贵和在催化H2O2直接电还原的同时也催化H2O2分解等问题。因此，研究对H2O2直接电还原具有高催化活性、良好的稳定性、且对H2O2分解的催化活性低、以及廉价的催化剂具有重要意义。
　　本文以泡沫镍（NF）为基体，采用水热法和电沉积法成功制备了一种新型的三维Pd@SnO2/NF电极。用X-射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）以及扫描透射电子显微镜（STEM）等手段对电极进行表征。结果表明，金红石结构的SnO2纳米线阵列垂直生长在泡沫镍表面，直径约40 nm，长度约300 nm，所负载的Pd纳米粒子聚集在SnO2纳米线的顶部，形成蘑菇状电极结构。
　　以循环伏安法和计时电流法研究了该电极在NaOH溶液中对H2O2电催化还原活性和稳定性。实验结果表明，Pd@SnO2/NF电极对H2O2电还原表现出优异的催化活性和稳定性。在0.5 mol/LH2O2+3 mol/LNaOH电解液中，电压E=-0.5 V时，还原电流密度达到320 mA/cm2，是Pd/NF电极的7.6倍，SnO2/NF电极的82倍。同时在相同条件下，经过循环800圈后，该电极性能保持率达到98％。这是由于电极具有较大的比表面积和对过氧根有明显的吸附优势。
　　以Pd@SnO2/NF为电池阴极，铝合金为电池阳极组装了金属过氧化氢半燃料电池。研究了H2O2浓度、NaOH浓度、电解液流速及测试温度对电池性能的影响。结果表明，过氧化氢浓度为0.5 mol/L、NaOH浓度为3 mol/L，电解液流速为100 m L/min时，电池的开路电压为1.37 V，最大功率密度达到168.75 mW/cm2。

目录

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 H2O2燃料电池简介

1.3 H2O2电还原催化

1.4 Pd@SnO2/NF电极材料介绍

1.5 本论文研究目的与主要内容

第2章 实验部分

2.1 实验试剂及仪器

2.2 电极制备

2.3 电极表征

2.4 Al-H2O2半燃料电池组装与测试

第3章 Pd@SnO2/NF电极的制备及形貌机理分析

3.1引言

3.2 SnO2/NF电极的制备

3.3 Pd@SnO2/NF电极的制备

3.4 循环伏安分析

3.5 本章小结

第4章 Pd@SnO2/NF电极作为H2O2阴极的性能分析

4.1 引言

4.2 Pd@SnO2/NF电极对H2O2还原反应

4.3 不同电极性能比较

4.4 H2O2还原机理分析

4.5 本章小结

第5章 铝-过氧化氢半燃料电池性能测试

5.1 引言

5.2 以Pd@SnO2/NF作为Al-H2O2过半燃料电池阴极

5.3 本章小结

第6章 总 结

参考文献

致谢

作 者 简 介

攻读硕士学位期间发表的论文

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