双金属氧化物型直接甲醇燃料电池阳极催化剂的构建及其电化学性能

摘要

随着化石能源的消耗殆尽和环境污染问题加重，直接甲醇燃料电池（DMFC）由于具有较小体积、理论能量比高、环境友好、燃料来源丰富等优点成为当前非常有吸引力的移动能源转化装置之一。但由于其催化剂成本高、容易CO中毒、活性及稳定性达不到理想要求等技术问题限制了直接甲醇燃料电池的商业化。因此，提高贵金属的利用率以降低催化剂成本，提高催化剂的活性以及稳定性是成加快DMFC商业化的重要途径。基于以上目标，本文围绕提高DMFC阳极电催化剂的活性、稳定性以及降低其成本等方面开展了基础研究工作。主要研究工作如下：　　①通过简单的一步水热法，将镍钼双金属氧化物与石墨烯纳米片复合，作为甲醇氧化的Pt基催化剂复合载体，并考察了Ni/Mo原子摩尔比、水热时间、以及前驱体与石墨烯的相对含量等条件对催化剂性能的影响。水热时间为12 h，Ni/Mo为1/1且氧化物与石墨烯的体积比为1/4时，催化剂Pt-Ni1Mo1Ox/GO性能最为优越，质量比活性为2102 mA mgPt-1，经过3600s计时电流测试后，质量比活性仍保持813 mA mgPt-1，保留率为40.15%，表现出良好的稳定性与抗CO中毒能力。　　②通过水热法将CoMoO4原位包覆在Co，N共掺杂的碳多面体（Co,N-DCP）上。由于有效的电子传输、独特的结构、双金属氧化物和Pt纳米颗粒的协同效应， Pt-CoMoO4@Co,N-DCP催化剂在碱性电解液中表现出优异的MOR活性，在0.5 V s-1的扫速下质量比活性达到4450 mAmgPt-1，约为商业Pt/C催化剂的3倍。此外，与商业Pt/C相比，Pt-CoMoO4@Co,N-DCP催化剂具有显着的电化学耐久性。结果表明，Pt-CoMoO4@Co,N-DCP催化剂有望成为MOR的理想催化剂。

目录

1 绪 论

1.1燃料电池概述

1.1.1燃料电池的研究背景

1.1.2 ADMFC的工作结构及原理

1.1.3甲醇电氧化的机理

1.1.4 ADMFC面临的挑战

1.2.1单金属Pt催化剂

1.2.2 Pt-M合金催化剂

1.2.3 Pt-MX催化剂

1.2.4非Pt催化剂

1.3本论文的研究意义及研究内容

2 实验部分

2.1 实验试剂及材料

2.2 实验仪器

2.3 催化剂的微观表征

2.3.1 X射线衍射分析（XRD）

2.3.2 X射线光电子能谱分析（XPS）

2.3.3 场发射扫描电子显微镜表征（FE-SEM）

2.3.4场发射投射电子显微镜表征（FE-TEM）

2.4.1工作电极的制备

2.4.2催化剂的电化学性能测试

3 镍钼双金属氧化物增强Pt催化剂催化甲醇氧化的研究

3.1引言

3.2实验部分

3.2.1氧化石墨烯的制备

3.2.2 Ni1Mo1Ox/GO复合载体的制备

3.2.3 Pt-Ni1Mo1Ox/GO催化剂的制备

3.2.4测试与表征

3.3 结果与讨论

3.3.1催化剂的SEM分析

3.3.2催化剂的电化学测试分析

3.4本章小结

4 CoMoO4包覆的钴氮共掺杂碳多面体增强Pt催化剂催化甲醇氧化性能的研究

4.1引言

4.2 实验部分

4.2.1核壳状ZIF-8@ZIF-67的制备

4.2.2 Co,N-DPC的制备

4.2.3 CoMoO4@Co,N-DPC复合载体的制备

4.2.4 Pt-CoMoO4@Co,N-DPC催化剂的制备

4.2.5测试与表征

4.3 结果与讨论

4.3.1催化剂的SEM分析

4.3.2催化剂的TEM分析

4.3.3催化剂的XRD对比分析

4.3.4催化剂的XPS分析

4.3.5 催化剂的电化学测试分析

4.4本章小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

附录

A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录

B.作者在攻读硕士学位期间所获奖励

C. 学位论文数据集

致谢

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