不锈钢基铂锡双金属电催化剂的研究

论文摘要

直接醇类燃料电池（DAFC）以有机小分子醇为燃料,由于其环保、原料可再生等优点成为研究的热点。开发出高性能的有机小分子电催化剂对于直接醇类燃料电池的应用有很重要的价值,是当今研究的重点。实验采用脉冲电位法,在置于硫酸溶液中的不锈钢电极上电聚合导电高分子聚苯胺,将其用于Pt、Sn微粒负载,并利用循环伏安法（CV）、交流阻抗（EIS）、扫描电镜（SEM）等表征手段,研究了脉冲电位法（PPM）电化学参数对制备的聚苯膜电极的电化学性能的影响。SEM结果表明,采用脉冲电位法（PPM）制备的聚苯胺（PANi）膜电极微观上具有纳米纤维结构、且在酸性环境中稳定性好、耐腐蚀,将其作为载体材料,沉积、分散具有催化活性的Pt、Sn等金属,制备出的分散铂修饰的聚苯胺电极（Pt-PANi/SS）和铂锡共修饰的聚苯胺电极（PtSn-PANi/SS）,对乙醇具有很高的电催化氧化性能。本实验研究了脉冲电位法的各个电化学参数对于制备聚苯胺膜电极电化学活性的影响,制备出高性能的聚苯胺膜电极,为Pt、Sn催化剂提供良好的载体材料。采用脉冲电位法制备了Pt-PANi/SS电极,并利用循环伏安法（CV）、交流阻抗（EIS）、扫描电镜（SEM）等表征手段,研究脉冲电位法的各个电化学参数对电极催化氧化乙醇性能的影响。SEM结果表明采用脉冲电位法制备的Pt-PANi/SS电极,铂颗粒为球形粒子,直径在50nm左右,具有表面光滑,粒径大小匀一,分布均匀等特点,呈高分散态,可以更均匀的分布在膜层纤维上,具有相当大的比表面积。采用脉冲电位法沉积Pt、Sn微粒制备了铂锡修饰的聚苯胺复合电极（PtSn-PANi/SS）。用循环伏安法（CV）测定电催化剂催化氧化乙醇的活性,SEM分析催化电极的表面形态,利用XRD分析催化电极表面金属微粒的结晶状况,并使用EDS测试电极表面金属粒子的物质的量比。结果证明：载Sn使得Pt、Sn形成合金固溶体；催化乙醇的活性提高；并研究了脉冲电位法的各电化学参数对载Sn后电极性能的影响,研究Pt、Sn物质的量比对PtSn-PANi/SS电极催化氧化乙醇的电活性的影响,在一定的铂载量下,Pt和Sn的物质的量的比为1：1（其中Pt量为215μg.cm-2）的PtSn-PANi/SS电极活性最高；研究温度对电极电化学活性的影响,计算出电极表观活化能为27.2 kJ mol-1。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题简介
• 1.2 催化剂载体概述
• 1.2.1 聚苯胺概述
• 1.2.2 聚苯胺主要特征及应用
• 1.2.3 聚苯胺的合成
• 1.3 乙醇电催化氧化研究概述
• 1.3.1 乙醇阳极电催化氧化的机理
• 1.3.2 乙醇阳极电催化氧化的研究进展
• 1.4 催化剂的制备技术
• 1.4.1 阳极催化剂的设计
• 1.4.2 催化剂的制备
• 1.4.3 Pt-Sn电催化剂的制备
• 1.5 Pt基合金催化剂的影响因素
• 1.5.1 合金组分的影响
• 1.5.2 催化剂载体的影响
• 1.5.3 基底材料的影响
• 1.6 本论文的研究目的和研究思路
• 1.6.1 本论文的研究目的和意义
• 1.6.2 本论文的研究思路
• 第二章 实验方法及原理
• 2.1 实验仪器
• 2.2 实验原料
• 2.3 电化学反应体系及溶液
• 2.4 实验方法
• 2.4.1 工作电极预处理
• 2.4.2 构建标准的三电极体系
• 2.4.3 电极的制备
• 2.4.4 表征方法
• 第三章 脉冲电位法制备聚苯胺膜电极
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 聚苯胺膜电极的制备
• 3.2.2 聚苯胺膜电极的微观形貌
• 3.2.3 聚苯胺膜电极的电化学测试
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 基底材料对聚苯胺膜电极电化学性能的影响
• 3.3.2 制备条件对聚苯胺膜电极电化学性能的影响
• 3.3.3 脉冲电位法制备的聚苯胺膜电极（PANi/SS）的SEM研究
• 3.4 本章小结
• 第四章 脉冲电位法制备分散铂微粒修饰聚苯胺电极对乙醇的电催化氧化
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 聚苯胺膜电极的制备
• 4.2.2 脉冲电位法制备分散铂修饰聚苯胺电极
• 4.2.3 恒电位法制备分散铂修饰聚苯胺电极
• 4.2.4 分散铂修饰聚苯胺电极的电化学测试
• 4.2.5 分散铂修饰聚苯胺电极的SEM测试
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 Pt-PANi/SS电极对乙醇的电催化氧化
• 4.3.2 沉积铂的方法对分散铂修饰聚苯胺电极性能的影响
• 4.3.3 载铂脉冲时间对Pt-PANi/SS电极电催化氧化乙醇性能的影响
• 4.3.4 铂沉积电位对Pt-PANi/SS电极电催化氧化乙醇性能的影响
• 4.3.5 脉冲持续时间对分散铂修饰聚苯胺电极性能的影响
• 4.3.6 载铂量对Pt-PANi/SS电极电催化氧化乙醇性能的影响
• 4.4 本章小结
• 第五章 PT、SN共修饰聚苯胺电极对乙醇的催化氧化研究
• 5.1 引言
• 5.2 实验方法
• 5.2.1 聚苯胺膜电极的制备
• 5.2.2 分散铂修饰聚苯胺电极的制备
• 5.2.3 PtSn修饰的聚苯胺电极的制备
• 5.2.4 PtSn-PANi/SS电极的电化学测试
• 5.2.5 PtSn-PANi/SS电极的SEM测试
• 5.2.6 PtSn-PANi/SS电极的XRD测试
• 5.2.7 PtSn-PANi/SS电极的EDS测试
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 PtSn-PANi/SS电极的XRD、EDS及催化乙醇的效果分析
• 5.3.2 不同电化学方法载Sn对电极催化氧化乙醇性能的影响
• 5.3.3 脉冲电位法载锡Sn条件的对电极催化氧化乙醇性能的影响
• 5.3.4 Pt、Sn最佳剂量比的确定
• 5.3.5 PtSn-PANi/SS电极的SEM研究
• 5.3.6 反应温度对PtSn-PANi/SS电极催化氧化乙醇性能的影响
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表学术论文
• 作者及导师简介
• 北京化工大学硕士研究生学位论文答辩委员会决议书