直接甲醇燃料电池阳极铂基催化剂的制备和电化学性能研究

摘要

直接甲醇燃料电池（Direct Methanol Fuel Cell，DMFC）具备体积小巧、燃料使用便利、洁净环保、理论能量比高等优点，是最有发展前景的环境友好型能源设备。甲醇氧化反应的催化剂是决定DMFC电池寿命、性能和成本的重要材料之一。所以选择与制备价廉、高活性的催化剂材料是当前DMFC研究中最具挑战性的一点。虽然对甲醇氧化最理想的催化剂是贵金属Pt，然而在Pt催化甲醇氧化反应过程中会产生 CO，从而导致 Pt催化剂中毒。因此，近年来人们在提高单位质量催化活性和增强抗 CO中毒这两方面着手进行了大量的研究。
　　本论文的工作致力于合成铂基复合催化剂以提高铂利用率以及催化活性，通过一系列手段对产物的形貌、成分进行了表征，并且对产物的催化活性和稳定性进行电化学测试。论文主要内容如下：
　　(1) Au–Pt双金属纳米管的合成及性能研究。首先制备了Te纳米线，并以此作为牺牲模板和还原剂，通过简单的湿化学法制备了Au–Pt双金属纳米管。电化学实验测试结果表明，所制备样品的Au/Pt为1:1时具有最好的催化活性和稳定性。
　　(2) Pt–Pd珊瑚虫状纳米复合材料的制备及性能研究。首先通过水热还原法制备出Pd珊瑚虫状前驱物。利用其作为载体，在常温下利用甲酸还原氯铂酸获得 Pt–Pd纳米复合材料，并对产物的电化学性能进行了研究。同时我们还比较了Pt、Pd不同摩尔比对催化甲醇氧化活性的影响。
　　(3) Ni@C@Pt核壳纳米复合材料的合成及性能研究。首先通过水热法合成镍纳米球，再通过水热碳化法在镍纳米球表面包覆一薄层碳，最后利用碳层的还原性还原氯铂酸，在碳层上负载一层Pt纳米颗粒，最终获得 Ni@C@Pt核壳纳米复合材料。电化学测试结果表明 Ni@C@Pt核壳纳米复合催化剂对甲醇氧化具有较高催化活性和良好的稳定性。

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第一章 绪论

1.1直接甲醇燃料电池简介

1.2直接甲醇燃料电池发展的关键技术及材料

1.3 直接甲醇燃料电池催化剂的研究进展

1.4 本课题的研究意义及主要研究内容

第二章 实验部分

2.1 实验试剂及仪器

2.2 材料表征

2.3 电极制作

2.4 电化学性能测试方法

第三章Au–Pt双金属纳米管的制备及作为催化氧化甲醇高效催化剂

3.1 引言

3.2 Au–Pt纳米管的制备

3.3结果与讨论

3.4 本章小结

第四章Pd–Pt珊瑚虫状纳米复合材料的催化甲醇氧化性能研究

4.1引言

4.2 Pd–Pt珊瑚虫状纳米材料的制备

4.3结果与讨论

4.4小结

第五章Ni@C@Pt纳米复合材料的合成及催化氧化甲醇性能研究

5.1引言

5.2 Ni@C@Pt核壳纳米复合材料的制备

5.3结果与讨论

5.4 本章小结

参考文献

附录：硕士期间完成的论文

致谢