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《天津大学》 2005年
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质子交换膜燃料电池Pt/C电催化剂和膜电极的研究

朱科  
【摘要】:质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有高效和洁净等突出优点,是最有发展前途的一种电池,可广泛用于移动电源和便携式电源。目前普遍采用的Pt/C电催化剂以及膜电极(MEA),作为PEMFC的关键材料与技术,其价格昂贵且性能有限,成为制约PEMFC实现产业化和商业化的主要因素,所以对PEMFC电催化剂以及膜电极的研究,具有重要的实用价值和理论意义。 本文提出和研究了制备Pt/C电催化剂的一种新型反胶束法。由于采用更为科学的工艺路线,可以制得粒径细小、分布均匀、结晶度较低和电催化活性更高的Pt晶粒,而且与原工艺相比,所制备的Pt/C电催化剂的实用性能显著提高。 采用多种先进的测试方法,对反胶束体系的形成、Pt/C电催化剂的制备以及表征进行了全面的研究和优化。重点考察和研究了该方法的关键技术和影响因素,包括表面活性剂的种类、水与表面活性剂的摩尔比、表面活性剂的浓度、H2PtCl6水溶液的浓度、还原反应方式等对所制备的Pt/C电催化剂的物理化学性能以及电化学性能的影响。 将采用新型反胶束法制备的Pt/C电催化剂,与代表世界先进水平的JohnsonMatthey公司商品化的催化剂进行了全面的性能对比,结果表明自制催化剂具有较高含量的Pt(111)晶面、较大的孔体积、比表面积和孔直径,在电催化活性与MEA工作性能方面,均与进口催化剂接近。 采用新型反胶束法,通过改变水与表面活性剂的摩尔比以及表面活性剂的浓度,实现了对Pt/C电催化剂中Pt晶粒粒径的有效调控(3-8nm)。 研究了Pt/C电催化剂中Pt晶粒的粒径对其电催化性能的影响,结果表明:作为阴极氧还原反应(ORR)电催化剂时,随着Pt晶粒粒径的降低,电催化活性和MEA的工作性能逐渐提高;而作为阳极电催化剂时,其粒径对电催化活性和MEA工作性能的影响甚小。 揭示了Pt晶粒粒径效应的可能作用机理,研究发现,随着Pt/C电催化剂中Pt晶粒粒径的减小,其相对结晶度逐渐降低,晶体表面缺陷增多,同时ORR峰电流增大,峰电位正移,Pt的电化学比表面积增大,导致电化学反应电阻减小,电催化活性提高。 在控制Pt晶粒粒径的条件下,研究了Pt/C电催化剂中Pt的含量对其电催化性能以及MEA工作性能的影响,研究发现,当Pt含量为30%时,Pt/C电催化剂具有较大的电化学比表面积,所制备的MEA也具有较高的工作性能。 采用电化学阻抗谱(EIS)研究了PEMFC膜电极的一些运行条件对其工作性
【学位授予单位】:天津大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2005
【分类号】:TM911.4

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【引证文献】
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1 王爱丽;;Pt/C催化剂的制备及单电池中的性能测试[J];应用化工;2012年12期
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1 白正宇;添加剂对钯纳米晶的形成及电催化性能的影响[D];河南师范大学;2010年
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【参考文献】
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7 侯中军,俞红梅,衣宝廉,韩明;质子交换膜燃料电池阳极抗CO催化剂的研究进展[J];电化学;2000年04期
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9 朱红,葛奉娟,康晓红,杨玉国,许韵华;质子交换膜燃料电池用碳纳米管载铂催化剂的研究[J];电化学;2003年04期
10 和庆钢,袁晓姿,原鲜霞,马紫峰;碳纳米管负载铂催化剂的制备、结构及电化学加氢特性[J];电化学;2004年01期
【共引文献】
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7 朱淑芳;;烷基糖苷与阴、非离子表面活性剂复配性能的研究[J];安徽化工;2010年03期
8 刘亚;;5%枯草芽孢杆菌油悬浮剂的研制[J];安徽化工;2012年02期
9 徐明;;5%右旋苯氰菊酯水乳剂的研制[J];安徽化工;2012年03期
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2 耿秋菊;周荣明;印仁和;郁祖湛;;冷轧钢板表面电解涂覆薄层二氧化硅过程研究 Ⅰ.电解工艺对表面涂硅量的影响[A];2004年全国电子电镀学术研讨会论文集[C];2004年
3 孙建军;谢步高;;半导体芯片铜线工艺中的添加剂作用机理研究进展[A];2007(第13届)全国电子电镀学术年会暨绿色电子制造技术论坛论文集[C];2007年
4 高志明;文丽娟;;阴极保护电位对Q235钢氢脆敏感性和力学性能的影响[A];中国腐蚀电化学及测试方法专业委员会2012学术年会论文集[C];2012年
5 刘洋洋;高志明;王震;;阴极保护对Q235钢空泡腐蚀行为影响的研究[A];中国腐蚀电化学及测试方法专业委员会2012学术年会论文集[C];2012年
6 张玉霞;樊阳;薛灵芬;;Gemini表面活性剂的合成[A];河南省化学会2010年学术年会论文摘要集[C];2010年
7 杜军;卿胜兰;刘作华;陶长元;;有机添加剂对仿生合成法制备SiO_2膜的影响[A];中国膜科学与技术报告会论文集[C];2003年
8 郭琼;肖高;施亦东;陈衍夏;金圣姬;李婷;;以偏钛酸为原料制备纳米二氧化钛[A];“亚伯”杯2011年第五届全国纺织印染助剂学术交流会论文集[C];2011年
9 陶长元;薛红涛;刘作华;杜军;范兴;刘仁龙;;聚二乙烯基乙炔的氢氯化改性[A];中国化工学会2011年年会暨第四届全国石油和化工行业节能节水减排技术论坛论文集[C];2011年
10 康嘉杰;徐滨士;王海斗;王成彪;;基于电学方法的再制造零部件缺陷检测与寿命预测应用基础研究[A];2011年全国青年摩擦学与表面工程学术会议论文集[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 杨惠;PAMAM基树状分子的制备及其在溶液中聚集与界面的作用机制[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 吴旭;磺酸盐两亲无规聚合物的制备及其聚集行为研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 常雪婷;海洋优势菌种附着腐蚀Fe_3Al及其复合材料界面与机理研究[D];中国海洋大学;2010年
4 王洪芬;涉海抗菌耐蚀性TiO_2复合薄膜的制备及其性能研究[D];中国海洋大学;2010年
5 王爱萍;改性纳米二氧化钛薄膜制备及其在模拟海水中光生阴极保护性能研究[D];中国海洋大学;2010年
6 曲华;掺杂型ZnS纳米粒子的制备及表面修饰对其发光性质的影响[D];中国海洋大学;2010年
7 罗凡;高压脉冲电场破除油包水型乳状液研究[D];华中科技大学;2010年
8 李化真;高分子/表面活性剂溶液流变行为的研究[D];中国科学技术大学;2010年
9 白正宇;添加剂对钯纳米晶的形成及电催化性能的影响[D];河南师范大学;2010年
10 李翌;表面活性素在溶液中胶束化行为的研究[D];华东理工大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 庞宇;纳米TiO_2的表面改性及其对聚氨酯涂层耐蚀性能的影响[D];南昌航空大学;2010年
2 徐珊;奥氏体不锈钢点蚀行为的研究[D];南昌航空大学;2010年
3 李新义;红壤土壤腐蚀直接、连续监测技术的研究[D];南昌航空大学;2010年
4 梁静;钛合金精密腐蚀加工工艺及机理研究[D];南昌航空大学;2010年
5 刘英;苯系物的新型吸收剂制备及性能研究[D];山东科技大学;2010年
6 李高飞;数控选区电沉积快速成型的成型质量研究[D];浙江理工大学;2010年
7 贾红;氧化物半导体的湿化学法制备[D];浙江理工大学;2010年
8 万伟;D5反胶束体系的制备及其在活性染料染色中的应用[D];浙江理工大学;2010年
9 陶鹏丽;β-内酰胺类抗生素的化学发光性质研究及分析应用[D];郑州大学;2010年
10 张玉娜;树枝状共轭化合物的合成及应用[D];郑州大学;2010年
【同被引文献】
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1 张婷,雷敏生,邱新平;CO吸附于PtRu合金(100)面上的DFT理论研究[J];江西师范大学学报(自然科学版);2005年02期
2 刘润茹,王德军;燃料电池工作原理及性能研究[J];长春大学学报;2004年02期
3 冯建;张朝平;;十二烷基硫酸钠/正丁醇/正庚烷/水微乳液性质研究[J];日用化学工业;2007年01期
4 徐洪峰,林治银,邱艳玲,唐倩;用于质子交换膜燃料电池的碳载铂电催化剂[J];催化学报;2003年02期
5 李文震,周振华,周卫江,李焕巧,赵新生,汪国雄,孙公权,辛勤;直接甲醇燃料电池阴极Pt/C催化剂的制备与表征──制备及处理方法的影响[J];催化学报;2003年06期
6 于凤文;计建炳;霍超;韩文锋;李小年;刘化章;;超声频率对活性炭结构及钌/活性炭氨合成催化剂催化活性的影响[J];催化学报;2006年06期
7 谢佑卿,唐仁政,卢安贤,张迎九,陈玲辉;材料设计的回顾与思考[J];材料导报;1995年02期
8 谢佑卿;;金属材料系统科学框架[J];材料导报;2001年04期
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10 谢佑卿;;合金物理与化学框架[J];材料导报;2001年08期
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1 赵鹏;姚燕燕;田晓珍;许启明;A.Gedanken;;微波加热制备尺寸各向异性纳米金属钌颗粒[A];第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅱ[C];2004年
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1 胡桂林;质子交换膜燃料电池内传递现象的数值模拟[D];浙江大学;2003年
2 侯中军;质子交换膜燃料电池抗CO电催化剂及电极结构的研究[D];中国科学院研究生院(大连化学物理研究所);2003年
3 李文震;直接甲醇燃料电池阴极碳载铂基催化剂的研究[D];中国科学院研究生院(大连化学物理研究所);2003年
4 丁正新;微波辐射对TiO_2制备及光催化过程的影响[D];福州大学;2005年
5 田植群;低温燃料电池用纳米催化剂新型制备技术的研究[D];华南理工大学;2004年
6 胡长员;碳纳米管功能化及其负载非晶态NiB合金催化剂的加氢性能研究[D];南昌大学;2006年
7 姜鲁华;直接醇类燃料电池阳极铂基电催化剂的研究[D];中国科学院研究生院(大连化学物理研究所);2005年
8 才英华;质子交换膜燃料电池水传递现象研究[D];中国科学院研究生院(大连化学物理研究所);2006年
9 王晓丽;质子交换膜燃料电池膜电极结构研究[D];中国科学院研究生院(大连化学物理研究所);2006年
10 刘宗浩;用于PEMFC的石墨/聚合物复合材料双极板研究[D];天津大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 韩啸;氧化石墨烯及其复合材料的制备和性能研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
2 李春丽;一种新的催化剂载体的研制[D];武汉理工大学;2003年
3 吴姝妍;微波法制备纳米粒子的实验研究[D];吉林大学;2005年
4 赵巍;系统建模与仿真在PEMFC中的应用研究[D];山东大学;2005年
5 朱蓉文;质子交换膜燃料电池中温度分布的模拟[D];武汉理工大学;2006年
6 涂曙光;车用质子交换膜燃料电池动态特性的研究[D];武汉理工大学;2007年
7 李忠华;质子交换膜燃料电池热模拟计算[D];武汉理工大学;2007年
8 程年才;质子导体保护(修饰)质子交换膜燃料电池Pt/C催化剂制备及表征[D];武汉理工大学;2007年
9 蒋庆来;质子交换膜燃料电池阴极催化剂的制备与表征[D];中南大学;2007年
10 张燕;直接甲醇燃料电池阴极卟啉催化剂的制备和表征[D];山东理工大学;2008年
【二级引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 初园园;直接甲醇燃料电池阳极Pt基催化剂可控合成及性能研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前4条
1 罗远来;微波反应法环境友好地制备钯基低铂非铂燃料电池催化剂研究[D];华南理工大学;2011年
2 张亚斋;SPE夹膜电极阴极电解葡萄糖合成山梨醇和甘露醇的研究[D];河北师范大学;2010年
3 苏晓晴;微波—微乳法制备燃料电池催化剂的研究[D];汕头大学;2010年
4 陈宽;石墨烯制备及其载铂催化剂性能的研究[D];天津大学;2012年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 吴世华,黄唯平,张守民,魏伟,张淑红,郑修成;溶剂化金属原子浸渍法制备高分散Au/TiO_2低温CO氧化催化剂[J];催化学报;2000年05期
2 魏迎旭,王公慰,刘中民,孙承林,许磊,董振武;磷铝系列分子筛催化剂的制备、表征及催化丁烷转化反应的性能[J];催化学报;2001年01期
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7 朱科,陈延禧,张继炎;TEM,XRD和EIS在PEMFC基础研究中的应用[J];电池;2001年05期
8 于景荣,衣宝廉,韩明,程晓亮,邵志刚,张景新;高性能质子交换膜燃料电池[J];电化学;1999年04期
9 苏爱华,李长志,孙公权,张颖,陆天虹;Pt/C-SPE和PtRu/C-SPE膜电极上甲醇的催化氧化[J];电化学;1995年04期
10 虞慰曾,马洁,初一鸣,朱慧哲,汪洪杰,刘顺诚;在纳米晶Co-Mo/Ni复合电极上的析氢反应[J];电化学;1996年01期
【相似文献】
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1 许程,唐浩林,木士春,潘牧,袁润章;PEMFC用Pt/CNTs电催化剂研究进展[J];电源技术;2004年10期
2 杨伟;陈胜洲;董新法;林维明;;炭气凝胶作为PEMFC电催化剂载体的研究进展[J];电池;2007年04期
3 侯晓川;高丛堦;肖连生;张树峰;刘晨;郭金良;;纳米碳基铂电催化剂的研制及表征[J];有色金属(冶炼部分);2010年06期
4 田建华,单忠强,付高翔,迟大赫;PEMFC用Pt/C电催化剂制备工艺及性能[J];电池;2003年04期
5 衣宝廉,俞红梅;质子交换膜燃料电池关键材料的现状与展望[J];电源技术;2003年S1期
6 王福兵,罗文辉,田建华,梁宝臣;Pt/C电催化剂碳载体热处理条件和性能研究[J];天津理工学院学报;2003年04期
7 田植群,简弃非,谢方艳,沈培康;快速制备高负载量高分散Pt/C催化剂的研究[J];功能材料;2004年02期
8 贾荣利,王成扬;炭材料作为电催化剂载体在PEMFC中的应用[J];化工进展;2004年09期
9 王莉莉,吴崇珍;直接醇类燃料电池工作原理及研究进展[J];河南化工;2004年05期
10 黄成德,韩佐青,李晓婷,陈延禧;PEMFC用Pt/C电催化剂的制备[J];电源技术;2000年04期
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1 贾荣利;王成扬;;PEMFC用Pt/C电催化剂制备方法[A];第九届全国化学工艺学术年会论文集[C];2005年
2 张焰峰;李忠;杨书廷;曹朝霞;孙公权;;稀土掺杂MPt/C(M=La,Nd)催化剂的研究[A];第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅲ[C];2004年
3 陈胜洲;杨伟;王松清;刘自力;林维明;;氮掺杂碳气凝胶负载钴电催化剂的性能研究[A];低碳技术与材料产业发展研讨会论文集[C];2010年
4 郭朝中;刘萍;尹伟;陈昌国;;牛奶为氮源制Fe-N_x/C氧还原电催化剂的研究[A];中国化学会第28届学术年会第10分会场摘要集[C];2012年
5 王恒秀;李莉;徐柏庆;李晋鲁;朱启明;毛宗强;;质子交换膜燃料电池Pt/C和Pt-Ru/C电催化剂的研制[A];第三届全国氢能学术会议论文集[C];2001年
6 王恒秀;李莉;徐柏庆;李晋鲁;朱启明;毛宗强;;质子交换膜燃料电池Pt/C和Pt-Ru/C电催化剂的研制[A];中国太阳能学会2001年学术会议论文摘要集[C];2001年
7 魏子栋;陈四国;郭琳;丁炜;李莉;;PEM燃料电池Pt/C催化剂稳定化方法[A];中国化学会第28届学术年会第10分会场摘要集[C];2012年
8 贾荣利;王成扬;王玥;;超细中间相炭微球用作Pt电催化剂载体的研究[A];第十三次全国电化学会议论文摘要集(上集)[C];2005年
9 沈磊;吴省;蒋淇忠;马紫峰;;TiO_2纳米管掺杂Pt/C电催化剂的研究[A];2008 International Hydrogen Forum Programme and Abstract[C];2008年
10 孙世刚;范纯洁;李君涛;田娜;黄伟;李永军;周新文;周志有;姜艳霞;;有序结构纳米材料电催化[A];中国化学会第二十五届学术年会论文摘要集(上册)[C];2006年
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1 饶兴鹤;全球二氧化钛市场炙手可热[N];中国化工报;2006年
2 翟扬;燃料电池,掀起你的盖头来[N];中国有色金属报;2002年
3 姚学文;刘业翔:演绎科技“武松打虎”[N];中国有色金属报;2006年
4 于洋 张兆军;直接甲醇燃料电池技术获多项突破[N];科技日报;2011年
5 王江霞;直接甲醇燃料电池技术获多项突破[N];中国石化报;2011年
6 王军;全球二氧化钛市场需求年增速2%-3%[N];广东建设报;2007年
7 记者 张建琛通讯员 王瑛慧;中美科学家首次制备二十四面体铂纳米晶体[N];科技日报;2007年
8 本报记者  姚学文 通讯员  刘泽民 实习生 吴毅文;刘业翔:铝电解节能技术的先驱[N];湖南日报;2006年
9 于洋;直接甲醇燃料电池研究取得成果[N];中国化工报;2011年
10 尹杰;美两化学家共获沃尔夫化学奖[N];中国化工报;2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 朱科;质子交换膜燃料电池Pt/C电催化剂和膜电极的研究[D];天津大学;2005年
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5 王召;等离子体还原制备炭载材料的研究[D];天津大学;2010年
6 张建鲁;质子交换膜燃料电池电催化剂和阴极电极结构研究[D];中国科学院研究生院(大连化学物理研究所);2005年
7 田植群;低温燃料电池用纳米催化剂新型制备技术的研究[D];华南理工大学;2004年
8 陈维民;直接甲醇燃料电池电催化剂稳定性研究[D];中国科学院研究生院(大连化学物理研究所);2007年
9 荣泽明;骤冷骨架Ni和纳米Pt/C催化芳环和硝基加氢的研究[D];大连理工大学;2010年
10 邵玉艳;PEMFC铂/碳纳米管催化剂稳定性和电极制备新方法[D];哈尔滨工业大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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2 徐云飞;质子交换膜燃料电池Pt-Ru/C催化剂的研究[D];天津大学;2007年
3 王福兵;PEM燃料电池Pt/C电催化剂制备和性能研究[D];天津大学;2004年
4 杨苏东;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[D];新疆大学;2008年
5 张骞;直接二甲醚燃料电池研究[D];山东理工大学;2007年
6 刘振辉;直接醇类燃料电池阳极催化剂的研究[D];四川大学;2007年
7 黄庆红;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[D];南京师范大学;2005年
8 李翔;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];浙江大学;2006年
9 刘曙光;金属空气电池阴极的研究与改进[D];河北工业大学;2007年
10 王秀光;稀土元素掺杂对Pt-Ru/C电催化性能的影响[D];太原理工大学;2007年
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