功能化多壁碳纳米管负载燃料电池钯基阳极催化剂的制备及其催化性能

论文摘要

由于碳纳米管（CNTs）具有很高的比表面和电化学稳定性,因此,采用碳纳米管取代导电碳黑合成直接液体进样聚合物电解质燃料电池（Direct Liquid-feed Solid Polymer Electrolyte Fuel Cell）用催化剂是近年来的研究热点。本论文在对多壁碳纳米管（MWCNTs）改性及修饰的基础上,系统研究了多壁碳纳米管负载钯基催化剂的制备和表征,考察了多壁碳纳米管负载钯基催化剂对甲酸、乙二醇的催化性能。主要内容如下:1.对多壁碳纳米管进行功能化修饰,得到了表面带有含苯磺酸官能团的多壁碳纳米管。以苯磺酸修饰后的多壁碳纳米管为载体,利用液相化学还原方法在修饰多壁碳纳米管表面得到分散均匀的Pd的纳米粒子。通过高倍透射电子显微镜和X-射线衍射仪等手段对Pd/MWCNTs催化剂进行了表征。电化学实验结果表明,相对于未经纯化处理和经纯化处理的碳纳米管载体的Pd纳米粒子催化剂,苯磺酸修饰后的碳纳米管/Pd纳米粒子催化剂对甲酸具有较好的电催化作用。2.通过对碳纳米管的共价修饰,得到聚苯乙烯磺酸钠（PSS）修饰的多壁碳纳米管（PSS-MWCNTs）,在水溶液中,利用液相还原法化学方法在修饰多壁碳纳米管表面上得到分散均匀的Pd的纳米粒子。电化学实验结果表明,所得到的Pd/PSS-MWCNTs对甲酸具有很好的电催化作用,同时具有很好的稳定性。3.利用微波辐射法制备了不同化学计量比的Pd-Ni/MWCNTs合金催化剂,通过X-射线衍射、透射电子显微镜和能量散射谱等测试手段对其进行了微结构和组成的表征,所合成的催化剂中PdNi合金具有较小的纳米颗粒以及较好的分散程度。在碱性溶液中,研究了Pd-Ni/MWCNTs催化剂对乙二醇的电催化作用,在Pd:Ni（3:1摩尔比）时表现出对乙二醇的电化学氧化具有较高的催化活性。4.利用均相氧化沉淀的方法,先合成RuO2/MWCNTs,然后以其为载体,用微波辐射法制备了Pd-RuO2/MWCNTs催化剂。在碱性溶液中,研究了Pd-RuO2/MWCNTs催化剂对乙二醇的电催化作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 燃料电池概述
• 1.1.1 燃料电池开发背景
• 1.1.2 燃料电池的发展历史
• 1.1.3 燃料电池特点和优势
• 1.1.4 燃料电池的类型
• 1.2 直接液体进样燃料电池可选燃料
• 1.2.1 甲醇
• 1.2.2 甲酸
• 1.2.3 乙二醇
• 1.3 直接甲酸燃料电池（DFAFC）
• 1.3.1 直接甲酸燃料电池的工作原理
• 1.3.2 甲酸氧化的机理研究
• 1.3.3 DFAFC 性能的影响因素
• 1.4 直接乙二醇燃料电池
• 1.5 碳纳米管的特性及其应用
• 1.5.1 碳纳米管的特性
• 1.5.2 碳纳米管的改性
• 1.5.3 碳纳米管的应用
• 1.6 电催化与电催化剂
• 1.6.1 电催化原理与特点
• 1.7 电催化剂的表征方法
• 1.7.1 物理性能的表征方法
• 1.7.2 化学组成和结构的表示方法
• 1.7.3 电化学性能的表征方法
• 1.8 本论文的研究设想与研究目的
• 第二章 功能化的多壁碳纳米管基催化剂的制备及其对甲酸催化性能
• 第一节 苯磺酸修饰的多壁碳纳米管负载Pd 催化剂的制备及其催化性能
• 2.1.1 实验部分
• 2.1.1.1 仪器和试剂
• 2.1.1.2 多壁碳纳米管的纯化处理
• 2.1.1.3 多壁碳纳米管的功能化处理
• 2.1.1.4 Pd/f-MWCNTs 电催化剂的制备
• 2.1.1.5 电化学测试
• 2.1.2 结果与讨论
• 2.1.2.1 f-MWCNTs 的红外分析
• 2.1.2.2 样品的分散性分析
• 2.1.2.3 不同催化剂的XRD 分析
• 2.1.2.4 不同催化剂的HRTEM 和EDS 分析
• 2.1.2.5 电极电化学测试
• 2.1.2.6 Pd/f-MWCNTs 电极过程动力学性质
• 2.1.3 小结
• 第二节 聚苯乙烯磺酸钠修饰的多壁碳纳米管负载Pd 催化剂的制备及其催化性能
• 2.2.1 实验部分
• 2.2.1.1 仪器和试剂
• 2.2.1.2 多壁碳纳米管的纯化处理
• 2.2.1.3 多壁碳纳米管的功能化处理
• 2.2.1.4 Pd/PSS-MWCNTs 电催化剂的制备
• 2.2.1.5 电化学测试
• 2.2.2 结果与讨论
• 2.2.2.1 不同多壁碳纳米管的红外分析
• 2.2.2.2 不同催化剂的TEM 分析
• 2.2.2.3 不同催化剂的XRD 分析
• 2.2.2.4 电极电化学测试
• 2.2.2.5 Pd/PSS-MWCNTs 电极过程动力学性质
• 2.2.3 小结
• 第三章 多壁碳纳米管基催化剂的制备及其对乙二醇氧化的催化性能
• 第一节 Pd-Ni/MWCNTs 催化剂的制备及其催化性能
• 3.1.1 实验部分
• 3.1.1.1 仪器和试剂
• 3.1.1.2 多壁碳纳米管的纯化
• 3.1.1.3 Pd-Ni/MWCNTs 催化剂合成
• 3.1.1.4 电化学性能测试
• 3.1.2 结果与讨论
• 3.1.2.1 XRD 结果分析
• 3.1.2.2 TEM 和EDS 分析
• 3.1.2.3 电极电化学测试
• 3.1.2.4 Pd-Ni/MWCNTs 电极过程动力学性质
• 3.1.3 小结
• 第二节 Pd-Ni/MWCNTs催化剂的制备及其对乙二醇氧化的催化性能
• 3.2.1 实验部分
• 3.2.1.1 仪器和试剂
• 3.2.1.2 多壁碳纳米管的纯化和功能化
• 3.2.1.3 Pd-Ni/MWCNTs 和Pd-Ni/PSS-MWCNTs 催化剂合成
• 3.2.1.4 电化学性能测试
• 3.2.2 结果与讨论
• 3.2.2.1 XRD 结果分析
• 3.2.2.2 TEM 结果分析
• 3.2.2.3 电极电化学测试
• 3.2.3 小结
• 2/MWCNTs 催化剂的制备及其电催化性能'>第三节 Pd-RuO₂/MWCNTs 催化剂的制备及其电催化性能
• 3.3.1 实验部分
• 3.3.1.1 仪器和试剂
• 3.3.1.2 多壁碳纳米管的纯化处理
• 2/MWCNTs 电催化剂的制备'>3.3.1.3 Pd-RuO₂/MWCNTs 电催化剂的制备
• 2/MWCNTs 电化学测试'>3.3.1.4 Pd-RuO₂/MWCNTs 电化学测试
• 3.3.2 结果与讨论
• 3.3.2.1 XRD 和TEM 结果分析
• 3.3.2.2 TEM 和EDS 分析
• 3.3.2.3 电极电化学测试
• 3.3.3 小结
• 第四章 结论
• 参考文献
• 硕士阶段论文情况
• 致谢