石墨烯基燃料电池催化剂的制备、表征及性能研究

论文摘要

质子交换膜燃料电池（PEMFC）是一种能量密度高、绿色环保的发电方式。目前,PEMFC催化剂主要使用金属Pt,由于价格昂贵且效率不高,严重地阻碍了燃料电池的商业化应用。本论文通过合成新结构,更换新型载体,添加辅助催化剂,提高了PEMFC催化剂的电催化性能。通过TEM、SEM、AFM、XRD、CV等方法,对催化剂的形貌、结构、物相组成、电化学性质进行了研究。结果表明:（1）以天然石墨（SP-1）为原料,采用改进的Hummer法制得了氧化石墨烯（GO）。通过不同方法合成了Ag/石墨烯催化剂样品。研究了样品对肼和甲醛的电催化氧化活性。结果表明,Ag/石墨烯样品对电催化氧化甲醛和肼具有良好的活性。（2）通过冷冻干燥/蒸汽还原法合成了Pt/石墨烯催化剂。由许多很小的Pt纳米粒子组成的粒径在20-40nm的Pt纳米团簇均匀的负载在了石墨烯载体上。研究了Pt/石墨烯样品对甲醇的电催化氧化活性及稳定性。结果表明,Pt/石墨烯催化剂样品对甲醇具有很高的电催化活性,稳定性良好。（3）通过置换反应制备出了Ag-Pt/石墨烯、Ag-Au/石墨烯空心合金催化剂样品。研究了Ag-Pt/石墨烯、Ag-Au/石墨烯对甲醇的电催化氧化活性。结果表明,Ag-Pt/石墨烯对甲醇具有很高的电催化活性,Ag-Au/石墨烯对甲醇没有催化活性。本论文创新之处:1、通过冷冻干燥/蒸汽还原法制备了Ag/石墨烯催化剂,对甲醛和肼具有很高的电催化活性。2、通过置换反应制备了Ag-Pt/石墨烯、Ag-Au/石墨烯空心合金,Ag-Pt/石墨烯空心合金催化剂对甲醇具有很高的电催化活性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 燃料电池概述
• 1.1.1 燃料电池的发展史
• 1.1.2 燃料电池的工作原理
• 1.1.3 燃料电池的特点
• 1.1.4 燃料电池的分类
• 1.1.5 燃料电池的应用与商业化
• 1.2 质子膜燃料电池
• 1.2.1 质子膜燃料电池的优势
• 1.2.2 影响质子膜燃料电池的性能的因素
• 1.3 质子膜燃料电池阳极催化剂研究进展
• 1.4 催化剂载体
• 1.4.1 炭黑
• 1.4.2 碳纳米管
• 1.4.3 石墨烯
• 1.5 本课题选题背景和研究内容
• 参考文献
• 第二章 Ag/石墨烯的制备、表征及性能研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验试剂
• 2.2.2 实验仪器
• 2.2.3 实验方法
• 2.2.3.1 氧化石墨烯的制备
• 2.2.3.1 Ag/石墨烯催化剂的制备
• 2.2.4 样品的表征方法
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 氧化石墨烯的表征分析
• 2.3.2 Ag/石墨烯的表征分析
• 2.3.2.1 常规干燥/还原法制备的Ag/石墨烯的表征分析
• 2.3.2.2 液相还原法制备的Ag/石墨烯的表征分析
• 2.3.2.3 水热处理/还原法制备的Ag/石墨烯的表征分析
• 2.3.2.4 微波干燥/蒸汽还原法制备的Ag/石墨烯的表征分析
• 2.3.2.5 冷冻干燥/蒸汽还原法制备的Ag/石墨烯的表征分析
• 2.3.2.6 常规干燥/蒸汽还原法制备的Ag/石墨烯的表征分析
• 2.3.3 Ag/石墨烯对肼的电催化氧化研究
• 2.3.4 Ag/石墨烯对甲醛的电催化氧化研究
• 2.4 本章小结
• 参考文献
• 第三章 Pt/石墨烯催化剂的制备、表征及性能研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验试剂
• 3.2.2 实验仪器
• 3.2.3 实验方法
• 3.2.4 样品的表征方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 Pt/石墨烯催化剂样品结构分析
• 3.3.2 石墨烯/Pt 对甲醇的电催化氧化研究
• 3.4 本章小结
• 参考文献
• 第四章 Ag-Pt/石墨烯、Ag-Au/石墨烯的制备、表征及性能研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验试剂
• 4.2.2 实验仪器
• 4.2.3 实验方法
• 4.2.4 样品的表征方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 Ag/石墨烯样品结构分析
• 4.3.2 Ag-Pt/石墨烯样品结构分析
• 4.3.3 Ag-Pt/石墨烯合金催化剂对甲醇的电催化氧化研究
• 4.3.4 Ag-Au/石墨烯样品结构分析
• 4.4 本章小结
• 参考文献
• 结论
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及参与课题