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直接液体燃料电池阳极电催化剂研究

作　者: 张炳
导　师: 陈金华
学　校: 湖南大学
专　业: 应用化学
关键词: 阳极催化剂 电催化活性 碳纳米管 石墨烯 燃料电池
分类号: TM911.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


以甲醇、乙醇、甲酸为燃料的直接液体燃料电池以环境友好、能量转换率高、使用方便安全等优势,将成为绿色能源技术的主导。然而由于这类燃料电池的阳极催化剂催化活性较低、贵金属成本较高以及催化剂易中毒等问题阻碍了其在应用领域的发展。探索新型阳极催化剂,创新阳极催化剂的制备方法以及选取合理的催化剂载体成为解决以上问题的关键。本文制备了几种新型的阳极电催化剂,并对其电化学性能进行了研究。主要研究内容有如下:1.采用对表面修饰了乙二胺的碳纳米管进行碳化的方法制备了新型的N掺杂碳纳米管( CNX@CNTs ),并以CNX@CNTs为催化剂载体,制备了PtRu/CNX@CNTs纳米电催化剂,并对其甲醇电催化氧化性能进行了考察,结果表明:均匀负载于CNX@CNTs表面的PtRu纳米催化剂对甲醇氧化的电催化活性、抗CO中毒性能、长期稳定性都要明显高于负载于纯CNTs上的PtRu催化剂;CNX@CNTs是一种性能优异的直接甲醇燃料电池阳极催化剂载体。2.通过化学置换反应在碳纳米管表面制得粒径较小、分散均匀的Pt-Sn纳米催化剂(Pt-Sn/CNTs),并应用于乙醇电催化剂的研究。结果表明:通过化学置换反应所得到的Pt-Sn/CNTs纳米催化剂具有较高的电化学活性表面积,与通过常规的共还原沉积反应得到的PtSn/CNTs催化剂和Pt/CNTs催化剂相比,其对乙醇氧化电催化活性更高,并具有更好的电化学长期稳定性。3.在石墨烯表面通过非共价键吸附的方法修饰联二吡啶(Bpy-G),该方法将含N的联二吡啶引入石墨烯表面,并将其作为PtPd纳米催化剂的载体应用于甲酸的电催化氧化。这种非共价键修饰的方法对石墨烯结构的损害较小。本文在甲酸溶液中对PtPd/Bpy-G纳米催化剂的电化学性能进行考察,结果表明,负载于联二吡啶修饰的石墨烯上的PtPd催化剂对甲酸氧化表现出较好的电化学性能。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章 绪论  10-24
  1.1 燃料电池概述  10-13
    1.1.1 燃料电池的特点  10-11
    1.1.2 燃料电池的分类  11-12
    1.1.3 燃料电池的应用  12-13
    1.1.4 其他新型燃料电池研发  13
  1.2 直接醇类燃料电池（DAFC）  13-18
    1.2.1 DAFC 的工作原理  14-15
    1.2.2 直接醇类燃料电池研究现状  15-17
    1.2.3 DAFC 研究开发和应用中存在的技术问题  17-18
  1.3 直接甲酸燃料电池（DFAFC）  18-19
    1.3.1 DFAFC 的工作原理  18-19
    1.3.2 直接甲酸燃料电池优势及其发展  19
  1.4 直接醇类和直接甲酸燃料电池阳极电催化剂研究  19-22
    1.4.1 直接甲醇燃料电池阳极电催化剂  20-21
    1.4.2 直接乙醇燃料电池阳极电催化剂  21
    1.4.3 直接甲酸燃料电池阳极电催化剂  21-22
  1.5 课题选择的意义和内容  22-24
第2章 PtRu/CNX@ CNTs 催化剂的制备及其对甲醇电催化氧化性能  24-34
  2.1 实验部分  25-28
    2.1.1 实验药品  25
    2.1.2 实验仪器  25-26
    2.1.3 实验所需溶液  26
    2.1.4 电极的制备  26-28
  2.2 结果与讨论  28-33
    2.2.1 PtRu/CNX@ CNTs 和PtRu/CNTs 表面形貌考察  28-29
    2.2.2 PtRu/CNX@ CNTs/石墨电极对甲醇的电催化氧化性能研究  29-30
    2.2.3 PtRu/CNX@ CNTs/石墨电极的交流阻抗研究  30-31
    2.2.4 PtRu/CNX@ CNTs/石墨电极计时电位研究  31-32
    2.2.5 PtRu/CNX@ CNTs/石墨电极长期循环稳定性研究  32-33
  2.3 小结  33-34
第3章 化学置换法制备Pt-Sn/CNTs 催化剂及其对乙醇的电催化氧化性能  34-43
  3.1 实验部分  35-37
    3.1.1 实验药品  35
    3.1.2 实验仪器  35
    3.1.3 实验所需溶液  35-36
    3.1.4 Pt-Sn/CNTs/石墨电极的制备  36-37
  3.2 结果与讨论  37-42
    3.2.1 Pt-Sn/CNTs 的表面形貌考察和组成分析  37-39
    3.2.2 Pt-Sn/CNTs/石墨电极的电催化性能研究  39-41
    3.2.3 Pt-Sn/CNTs/石墨电极的长期循环稳定性研究  41-42
  3.3 小结  42-43
第4章 PtPd/Bpy-G 纳米催化剂的制备及其对甲酸电催化氧化性能的影响研究  43-50
  4.1 实验部分  44-46
    4.1.1 实验药品  44
    4.1.2 实验仪器  44
    4.1.3 实验所需溶液  44-45
    4.1.4 催化剂的制备  45
    4.1.5 工作电极的制备  45-46
    4.1.6 催化剂的形貌表征及对甲酸的电催化氧化性能研究  46
  4.2 结果与讨论  46-49
    4.2.1 联二吡啶修饰的石墨烯的红外和拉曼表征  46-47
    4.2.2 PtPd/Bpy-G 纳米催化剂形貌特征和组成  47-48
    4.2.3 PtPd/Bpy-G 纳米催化剂对甲酸的电催化性能研究  48-49
  4.3 小结  49-50
结论  50-51
参考文献  51-60
附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录  60-61
致谢  61

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 独立电源技术（直接发电） > 化学电源、电池、燃料电池 > 燃料电池
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