碳载铂和铂钴合金纳米粒子电催化剂对氧气还原的电催化

论文题目: 碳载铂和铂钴合金纳米粒子电催化剂对氧气还原的电催化

论文类型: 硕士论文

论文专业: 应用化学

作者: 黄庆红

导师: 杨辉,陆天虹

关键词: 质子交换膜燃料电池,羰基簇合物,纳米粒子,氧还原,电催化

文献来源: 南京师范大学

发表年度: 2005

论文摘要: 由于化石燃料的危机和使用化石燃料引起的环境污染,燃料电池越来越受到人们的关注。其中,质子交换膜燃料电池(PEMFC)和直接甲醇燃料电池(DMFC)的研制倍受关注。然而,就这两种燃料电池研制的现状,阴极催化剂高的铂用量和高的极化过电位等限制了其商业化开发。由于氧气还原的高度不可逆性和“混合电位”效应,对于PEMFC,即使在开路电位氧电极的过电位还有约0.2V。而对于DMFC,由于甲醇能透过质子交换膜从阳极渗透到阴极,造成阴极的“混合电位”效应,导致了氧电极的性能更差,过电位又增加了约0.2～0.3V。因此,无论从提高催化活性、降低阴极铂载量,还是从提高阴极抗甲醇性能考虑,对于氧气电催化还原的研究仍然非常重要。同时,就目前研究现状,对氧电极催化性能的提高和阴极铂载量的降低也还有很大的空间。 本论文通过羰基簇合物途径制备了碳载Pt(Pt/C)和碳载双金属Pt-Co(Pt-Co/C)合金纳米电催化剂,评价了它们对氧气还原的电催化行为,并与E-Tek商业催化剂进行了比较。主要研究结果如下: 通过Pt羰基簇合物途径制备了不同金属载量的Pt/C催化剂,X-射线衍射(XRD)和透射电子显微镜(TEM)的测试结果显示,不同载量Pt/C催化剂的粒子大小都在2～4nm之间,并且具有窄的粒径分布和良好的分散性,与美国E-Tek公司2003年新开发的的商业催化剂粒径大小相似。对于氧气的电还原,在控制电极表面金属载量一定,氧还原活性随Pt载量的增加,催化活性依次降低,其原因可能是由于Pt载量的增加,其有效电活性面积降低的缘故。 通过金属羰基簇合物途径还制得了不同Pt:Co原子比的Pt-Co/C合金纳米催化剂,XRD测试表明合成出的Pt-Co合金为面心立方(fcc)结构的固态溶液,其平均粒径大小在2～3nm之间,热分析和等离子发射光谱分析证明合成出的催化剂的Pt与Co实际组成和理论值基本一致。TEM结果表明Pt-Co合金粒子粒径大小在2～4nm之间,且分散度高、粒径分布窄。与自制的和E-Tek的Pt/C催化剂相比,Pt-Co/C催化剂对氧还原呈现了增强的电催化活性,增强因子为1.2～2.2,其中Pt和Co原子比约为2:1时催化性能最优。合金催化剂对氧气还原增强的催化活性可归属于结构效应(有利的Pt-Pt临近原子间距离)和催化剂高的分散度。

论文目录:

摘要

ABSTRACT

第一章 绪言

1.1 引言

1.2 燃料电池回顾及发展现状

1.3 燃料电池的特点

1.4 燃料电池分类

1.5 燃料电池的工作原理

1.6 直接甲醇燃料电池

1.6.1 开发直接甲醇燃料电池的优点及其必要性

1.6.2 直接甲醇燃料电池的工作原理

1.6.3 DMFC目前的研究状况及潜在的应用前景

1.6.4 DMFC研究中的主要问题

1.6.4.1 甲醇渗透通过质子交换膜

1.6.4.2 电催化剂

1.6.4.3 电极三合一的问题

1.6.5 甲醇氧化及氧还原反应的机理

1.6.5.1 甲醇氧化反应

1.6.5.2 氧还原反应

1.6.6 阴极催化剂国内外研制概况

A、纯Pt催化剂

B、Pt基合金催化剂

C、过渡金属大环化合物催化剂

D、Chevrel相催化剂

E、无定型硫化物

F、过渡金属羰基化合物催化剂

G、非Pt基金属催化剂

H、金属氧化物催化剂

1.6.7 质子交换膜燃料电池阴极催化剂的主要制备方法

A、浸渍—液相还原法

B、电化学沉积法

C、气相还原法

D、溶胶法

E、高温合金化法

F、金属有机化合物热分解法

G、其他方法

1.7 本论文的工作

1.7.1 研究目标

1.7.2 研究内容

参考文献：

第二章 实验部分

2.1 试剂和材料

2.2 金属羰基簇合物的合成装置

2.3 实验装置和测试方法

2.3.1 电化学测量装置

2.3.2 X-射线衍射

2.3.3 透射电子显微镜

2.3.4 X-光电子能谱

2.3.5 红外光谱

2.3.6 等离子发射光谱

2.3.7 热重分析仪

参考文献:

第三章 碳载纳米铂催化剂的合成、表征及其对氧还原反应的电催化

3.1、引言

3.2、实验部分

3.7.1 试剂和仪器

3.2.2 羰基簇合物分解法制备Pt／C催化剂

3.2.3 电化学性能测试

3.3、结果和讨论

3.3.1 铂羰基簇合物的红外表征

3.3.2 不同载量的Pt／C催化剂含量分析

3.3.3 不同Pt载量的Pt／C催化剂XRD分析

3.3.4 羰基簇合物分解制备Pt／C催化剂的形貌和粒子大小分析

3.3.5 不同Pt载量的Pt／C催化剂的电化学和电催化性质

3.3.5.1 不同催化电极的循环伏安(CV)研究

3.3.5.2 氧气在Pt／C催化剂上的电催化还原

3.3.5.3 Tafel曲线

3.3.6 不同Pt／C催化剂的X-光电子能谱分析

3.4、小结

参考文献:

第四章 碳载铂钴合金纳米催化剂的制备及其对氧气还原的电催化

4.1、引言

4.2、实验部分

4.2.1 试剂

4.2.2 Pt-Co／C催化剂的合成

4.2.3 电化学性能测试

4.3 结果与讨论

4.3.1 铂钴羰基簇合物的表征

4.3.2 Pt-Co／C催化剂的粒子晶型结构分析

4.3.3 羰基簇合物热分解制备20％Pt—Co／C催化剂的形貌和粒子大小分析

4.3.4 载量不同的Pt／C催化剂的电化学性质的研究

4.3.4.1 循环伏安研究

4.3.4.2 线性扫描研究

4.3.4.3、Tafel曲线

4.3.5 不同Pt—Co／C催化剂的X-光电子能谱分析

4.4、小结

参考文献:

主要研究成果

致谢

发布时间: 2005-11-14

参考文献

• [1].直接乙醇燃料电池：铂基和钯基电催化剂的研究[D]. 安丽娟.石河子大学2015
• [2].低成本、高性能直接甲醇燃料电池电催化剂的制备及电化学性能研究[D]. 郑飞.四川农业大学2012
• [3].低铂—非金属复合催化剂的构筑和性能研究[D]. 石峰.重庆大学2015
• [4].纳米多孔核—壳结构氧还原电催化剂的制备、表征与性能研究[D]. 李健.天津理工大学2017
• [5].新型钯基及铂基纳米催化剂的制备及对甲醇电催化性能研究[D]. 占璐.广西师范大学2011
• [6].直接乙醇燃料电池低铂三组元催化剂的制备及其催化性能的研究[D]. 姜倩.北京化工大学2015
• [7].高效铂基电催化剂的制备与电催化研究[D]. 李小花.华南理工大学2017
• [8].碳载铂基直接甲醇燃料电池阳极电催化剂的制备和应用[D]. 韩明家.华南理工大学2015
• [9].纳米粒子催化马来酰亚胺加聚反应实验及理论研究[D]. 曾玉香.南京理工大学2005
• [10].平面聚合卟啉类催化剂的制备及催化性能研究[D]. 季岩峰.山东理工大学2011

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• [7].碳载Pt、Pt基合金和Pd金属纳米粒子的合成及其对甲醇、甲酸氧化的电催化性能研究[D]. 黄思玉.浙江大学2007
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• [9].直接甲醇燃料电池阳极单壁碳纳米管负载电催化剂研究与应用[D]. 王伟.南昌大学2005
• [10].碳负载Pt及Pt基合金纳米粒子的合成及其对甲醇氧化的电催化性能研究[D]. 李翔.浙江大学2006

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