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《北京化工大学》 2012年
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质子交换膜燃料电池阴极电催化剂的制备与表征

娄群  
【摘要】:近年来,质子交换膜燃料电池的重要组成部分阴极电催化剂已经成为各国科研工作者的研究热点,但由于其价格昂贵、催化活性低而难以达到大规模商业化使用的要求,限制了质子交换膜燃料电池的进一步发展。本文分别采用过渡金属铜和银作为催化剂纳米颗粒的核,铂为壳,多壁碳纳米管为载体制备了新型核壳型电催化剂,并将不同晶型的二氧化锰与核壳型电催化剂进行掺杂,利用FT-IR、XRD、HRTEM、SEM、XPS、CV、i-t、LSV、EIS等多种表征方法对以上电催化剂的结构形貌以及对其电化学性质进行表征和测试,旨在制备出具有较高催化活性及贵金属铂利用率的阴极电催化剂,降低阴极电催化剂的成本。具体内容如下: 1.利用化学还原法分别制备了低铂载量和高铂载量的Pt/MWCNTs、Cu@Pt/MWCNTs、Ag@Pt/MWCNTs电催化剂,并优化了制备条件和催化剂中的金属比例。运用多种表征测试方法分析证明制备了颗粒尺寸较小、分散均匀的核壳型电催化剂,并且与纯铂催化剂相比具有较大的电化学活性面积、较高的氧起始还原电位等优异的电化学性质,其最大的电化学活性面积可以达到73.4m2g·-1,是商业化JM催化剂的两倍以上,且贵金属Pt的用量均小于商业催化剂。 2.利用水热法制备了两种晶型的二氧化锰(α-MnO_2、β-MnO_2),并将这两种晶型的二氧化锰分别与Cu@Pt/MWCNTs、Ag@Pt/MWCNTs核壳型电催化剂进行掺杂。通过形貌和结构的表征证明α-MnO_2、β-MnO_2的形成,通过电化学测试表明掺杂有β-MnO_2的核壳型电催化剂具有更高的电化学活性面积、稳态电流及氧起始还原电位,其最大的电化学活性面积可以达到122.8m~(2)g~(·-1),相对商业化的JM催化剂有了大幅度的提高。同时,本文对不同电催化剂的催化机理进行了初步的探讨和分析。
【学位授予单位】:北京化工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TM911.4

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