多酸负载铂基核壳型催化剂的制备及其催化性能的研究

摘要

质子交换膜燃料电池(PEMFC)以使用氢气作为燃料具有高效、清洁环保及可循环使用的优点。PEMFC的大规模商业化应用一直受其催化剂成本高和稳定性差的限制，本文将多酸负载到铂基催化剂中制备的复合催化剂在降低催化剂成本的同时还能增强催化剂的催化活性、稳定性，对PEMFC的大规模商业化应用起到一定的推动作用。
　　本文将杂多酸负载到铂基核壳型催化剂中制备了几种不同的复合催化剂，通过X-射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)等表征方法对复合催化剂进行形貌表征，以及循环伏安法(CV)和线性扫描伏安法(LSV)等测试方法对复合催化剂进行电化学测试，主要工作如下:
　　1.本文通过酸化法和乙醚萃取法制备了磷钨酸(H3PW12O40，简写为HPW)，再将HPW负载到Ag@Pt/MWCNTs催化剂上制备出一系列HPW负载量不同的Ag@Pt/MWCNTs-HPW复合催化剂，然后采用电化学测试来研究复合催化剂，CV测试结果表明HPW负载量为25％时所得复合催化剂的活性最好，其活性面积(83.62m2·g-1)比商业Pt/C催化剂(52.63m2·g-1)高了59％，其起始还原电位比商业Pt/C催化剂正移了44mV。
　　2.本文通过酸化法和乙醚萃取的方法制备了磷钼酸(H3PMo12O40，简写为PMo)，再将PMo负载到Ag@Pt/MWCNTs催化剂上制备出一系列PMo负载量不同的Ag@Pt/MWCNTs-PMo复合催化剂，通过XRD，FTIR表征，证实本文通过酸化法制备的PMo多酸是Keggin型构造;然后采用电化学测试来研究复合催化剂，CV测试结果表明PMo负载量为15％时所得复合催化剂的活性最好，其活性面积(96.25m2·g-1)比商业Pt/C催化剂(52.63m2·g-1)高了83％，其起始还原电位比商业Pt/C催化剂正移了53mV。动力学研究表明O2在复合催化剂上是经历“四电子”反应途径还原成H2O。
　　3.本文通过酸化后萃取的方法制备了钒取代的磷钼酸(PMo12-nVn(n=1，2，3))，再将PMo12-nVn(n=1，2，3)负载到Ag@Pt/MWCNTs铂基核壳型催化剂上制备出一系列PMo12-nVn(n=1，2，3)负载量不同的Ag@Pt/MWCNTs-PMo12-nVn(n=1，2，3)复合催化剂，通过对合成的三种PMo12-nVn(n=1，2，3)杂多酸进行XRD表征，表明本文通过酸化法制备的PMo12-nVn(n=1，2，3)多酸化合物是Keggin型结构，再采用电化学测试来研究复合催化剂，CV测试结果表明PMo12-nVn(n=1，2，3)多酸负载量为20％时所得复合催化剂的活性面积最大，其活性面积分别是Ag@Pt/MWCNTs-20％PMo11V为84m2·g-1, Ag@Pt/MWCNTs-20％PMo10V2为97m2·g-1，Ag@Pt/MWCNTs-20％PMo9V3为79m2·g-1。从不同转速的极化曲线及相应的K-L曲线结果可以看出，PMo12-nVn(n=1，2，3)杂多酸的负载能够促进复合催化剂接近4电子过程的反应，提高氧还原效率。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 燃料电池的分类

1．3 PEMFC电池

1．3．1 影响PEMFC性能的因素

1．4 PEMFC催化剂

1．5 阴极催化剂

1．5．1 铂基催化剂体系

1．5．2 非铂基催化剂体系

1．6 多金属氧酸盐

1．6．1 多金属氧酸盐的应用

1．7 本课题的研究意义及研究内容

1．7．1 本课题的研究意义

1．7．2 本课题的研究内容

第二章 实验部分

2．1 实验药品

2．2 实验仪器

2．3 物理表征方法

2．3．1 傅里叶变换红外光谱分析(FTIR)

2．3．2 X-射线衍射分析(XRD)

2．3．3 扫描电子显微镜分析(SEM)

2．3．4 透射电子显微镜分析(TEM)

2．3．5 X射线光电子能谱分析(XPS)

2．4 电化学表征方法

2．4．1 工作电极的制备

2．4．2 循环伏安扫描测试法(CV)

2．4．3 线性扫描伏安测试法(LSV)

2．4．4 交流阻抗测试法(EIS)

第三章 磷钨酸负载Ag@Pt／MWCNTs催化剂的制备及其催化性能的研究

3．1 引言

3．2 制备方法

3．2．1 HPW的制备

3．2．2 Ag@Pt／MWCNTs催化剂的制备

3．2．3 Ag@Pt／MWCNTs-HPW复合催化剂的制备

3．3 结果分析

3．3．1 傅里叶变换红外红光谱测试

3．3．2 X-射线衍射测试

3．3．3 电镜测试

3．3．4 循环伏安测试

3．3．5 线性扫描伏安测试

3．3．6 动力学研究

3．3．7 阻抗测试

3．3．8 计时电流测试

3．3．9 XPS测试

3．4 本章小结

第四章 磷钼酸负载Ag@Pt／MWCNTs催化剂的制备及其催化性能的研究

4．1 引言

4．2 制备方法

4．2．1 PMo的制备

4．2．2 Ag@Pt／MWCNTs的制备

4．2．3 Ag@Pt／MWCNTs-PMo的制备

4．3 结果分析

4．3．1 X-射线衍射测试

4．3．2 傅里叶变换红外光谱测试

4．3．3 电镜表征

4．3．4 循环伏安测试

4．3．5 线性伏安扫描测试

4．3．6 动力学研究

4．3．7 计时电流测试

4．3．8 阻抗测试

4．3．9 XPS测试

4．4 本章小结

第五章 磷钼钒酸负载Ag@Pt／MWCNTs催化剂的制备及其催化性能的研究

5．1 引言

5．2 制备方法

5．2．1 PMo12-nVnO40(n=1，2，3)化合物的制备

5．2．2 Ag@Pt／MWCNTs的制备

5．2．3 Ag@Pt／MWCNTs-PMo12-nVn(n=1，2，3)的制备

5．3 结果分析

5．3．1 X-射线衍射测试

5．3．2 电镜测试

5．3．3 循环伏安测试

5．3．4 线性伏安扫描测试

5．3．5 动力学研究

5．3．6 计时电流测试

5．3．7 交流阻抗测试

5．4 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

研究成果和发表的学术论文

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