学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

Ag_4Sn金属间化合物的制备及电催化性能研究

作　者: 鲁元军
导　师: 夏定国
学　校: 北京工业大学
专　业: 物理化学
关键词: 碱性甲醇燃料电池负载型Ag4Sn金属间化合物耐甲醇氧还原催化剂
分类号: TM911.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 0次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

碱性甲醇燃料电池具有结构简单、操作方便、工作温度低等优点成为近年来燃料电池研究的前沿方向。但是在其运行过程中仍存在许多问题，如CO2对碱性电解液的污染，阴离子的透过率，阳极甲醇透过对阴极Pt基催化剂的毒化作用，以及Pt基催化剂材料导致的成本问题，都限制了碱性甲醇燃料电池的商品化进程。在催化剂研究方面，开发低Pt及非Pt催化剂一直是研究的重点。本文的研究目标着眼于开发新型高分散小颗粒Ag基电催化氧还原（ORR）催化剂，并初步研究其催化机理，诣在为后续的Ag基催化剂的研究提供一定的指导意义。本文采用了三种不同合成方法：高温机械搅拌NaBH₄还原（产物记做S1），常温磁力搅拌NaBH₄还原（产物记做S2），以及低温机械搅拌辅助超声NaBH₄还原（产物记做S3），探索这几种不同的反应条件如温度，反应物配比，表面活性剂的种类等诸多因素对产物物相组成，结构形貌，以及电催化性能的影响。S1的合成方法为采用SnSO4及AgNO₃为前驱体，PVP为保护剂，70℃下进行反应。主相为金属间化合物Ag₄Sn，同时伴随少量Ag的生成，但颗粒团聚严重；样品S2采用辛酸亚锡及AgNO₃为前驱体，邻菲罗啉为保护剂的常温机械搅拌液相还原实验，主相也与JCPDS00-059-1151Ag₄Sn保持一致，但是颗粒较大团聚严重的样品；S3样品采用辛酸亚锡及AgNO₃为前驱体，利用EG在低温下的高粘度起到类似保护剂的作用，有效的阻止了纳米颗粒的聚集或无限制长大，一步反应得到了颗粒粒径约为5.85nm，分散均匀的负载型Ag₄Sn金属间化合物纳米颗粒。前两种方法所制得的样品S1及S2由于颗粒较大且团聚严重，在电催化ORR反应的过程中不能提供足够的活性位点，因此催化性能较差，主要表现为过电势大反应电流小。第三种方法所制得的Ag₄Sn/C电催化ORR反应起始电位比同种方法制得的Ag/C高出30mV，动力学电流密度在0.6V时将近是是Ag/C的4倍，表现出了良好的电催化ORR反应活性。耐甲醇性也是所制备的Ag₄Sn/C催化剂的一个重要的优点。通过在电催化ORR测试的过程中加入甲醇，发现无响应电流对应甲醇的氧化过程，与Pt有着明显的区别。在稳定性测试中，经过20h的稳定性测试后，样品S1, S2及S3的电流保持率分别为45%,68%及88%，即样品稳定性的顺序为S3>S2>S1，与电催化ORR反应性能相一致。对于采用第三种方法制备的Ag/C则为73%，证明了Ag₄Sn/C相较于Ag/C稳定性也有所提升。因此，Ag₄Sn/C作为一种新型DMAFC催化剂，具有很好的应用前景。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-11
第1章绪论  11-25
  1.1 燃料电池简介  11-12
  1.2 直接碱性甲醇燃料电池的发展现状及工作原理  12-13
  1.3 直接碱性甲醇燃料电池的优势及所面临的问题  13-14
  1.4 燃料电池催化剂  14-22
    1.4.1 Ag 基 ORR 催化剂研究进展  15-20
    1.4.2 Ag 基催化剂的耐甲醇性能  20
    1.4.3 金属间化合物催化剂  20-22
  1.5 选题选题的意义及内容  22-25
第2章金属间化合物电催化剂的制备  25-33
  2.1 实验所需化学试剂及仪器设备  25-26
    2.1.1 化学试剂  25-26
    2.1.2 仪器设备  26
  2.2 催化剂物理性质表征  26-28
  2.3 Ag_4Sn/C 负载型金属间化合物的制备  28-29
    2.3.1 高温机械搅拌 NaBH_4还原  28
    2.3.2 常温磁力搅拌 NaBH_4还原  28-29
    2.3.3 低温机械搅拌辅助超声 NaBH_4还原  29
  2.4 电化学性能测试  29-33
    2.4.1 电化学测试体系  29-30
    2.4.2 电化学测试方法  30-33
第3章催化剂物理性质表征  33-47
  3.1 催化剂的组成及结构分析  33-43
    3.1.1 X 射线衍射（XRD）  34-40
    3.1.2 电感耦合等离子体-原子吸收光谱（ICP-AES）  40-41
    3.1.3 热重分析（TG/DTA）  41-43
  3.2 纳米催化剂形貌分析——透射电子显微镜（TEM）  43-44
  3.3 催化剂表面成分分析——X 射线光电子能谱（XPS）  44-46
  3.4 本章小结  46-47
第4章催化剂电化学性能测试  47-59
  4.1 电催化 ORR 反应性能测试  48-54
  4.2 催化剂耐甲醇性测试  54-55
  4.3 催化剂稳定性测试  55-56
  4.4 本章小结  56-59
第5章电催化氧还原反应机理研究  59-63
结论与展望  63-65
参考文献  65-71
攻读硕士学位期间所发表的学术论文  71-73
致谢  73

Ag_4Sn金属间化合物的制备及电催化性能研究

内容摘要

全文目录

相似论文