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《河南师范大学》 2014年
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非铂催化剂的可控合成及电催化性能研究

崔倩  
【摘要】:作为一种新的能源,燃料电池因其具有高效性和环境友好性,逐渐成为安全可靠的能源装置。但由于铂催化剂的价格昂贵且资源贫乏,致使燃料电池的商业化应用进程受阻。如何提高铂催化剂的利用率或者寻找可代替铂的材料成为目前研究的焦点。对于阴极来说,氮掺杂非贵金属催化剂具有高活性和长期稳定性,被认为是最有希望的代替铂的氧还原催化剂;对于阳极来说,合适的载体对催化剂的活性影响至关重要。因此本论文的主要内容是为开发制备工艺简单、价格低廉、具有较高电催化活性的燃料电池阴极和阳极催化剂提供理论和实验依据。通过多种材料表征手段和电化学研究方法研究催化剂的晶体结构、粒径、各组分化学态以及相互作用,考察催化氧还原机理;并用自制的阳极催化剂做膜电极组装成直接乙醇燃料电池单电池,研究这种新的载体对于催化乙醇电氧化的优势以及反应机理。本论文的主要内容如下: 一、概述了低温燃料电池的研究现状、电极催化剂以及催化机理的研究进展,阐述了当前燃料电池催化剂研究存在的问题、本文的研究目的及研究内容。 二、具有特殊形貌的钴、氮-共掺杂碳材料的可控合成及氧还原电催化性能研究。以含氮量高且便宜易得的三聚氰胺做氮源,甲醛为碳源,乙酸钴为金属前驱体,经由简单的无模板方法,可控合成了具有蛋黄-蛋壳和花生状结构的钴、氮共掺杂碳(Co–N–C)氧还原电催化剂。X-射线光电子能谱测试(XPS)结果显示,催化剂表面的氮原子主要以石墨氮和吡啶氮两种形式存在。旋转圆盘电极测试结果表明,在0.1M KOH溶液中,蛋黄-蛋壳和花生状结构的Co–N–C的氧还原起始电位分别为-0.07和-0.067V vs. SCE,与商业Pt/C (-0.03V)的起始电位相当。计时电流测试结果显示30000s后Co–N–C催化剂的电流仅下降4%,表明具有较好的长期稳定性和耐醇性能。 三、具有高活性位的氮掺杂碳材料的可控合成及氧还原催化性能研究。4,4′,4″-均-三嗪-1,3,5-三-对氨基苯甲酸是一种制备简单且价格低廉的富氮三嗪羧酸类配体,以此为含氮前驱体,以含铁的非贵金属盐为金属前驱体,在氮气气氛下高温热解合成氮掺杂氧还原催化剂。催化剂的活性与金属的含量和热解温度有关。研究发现,Fe–N70%/C-800(当铁复合材料的质量分数为70%,热解温度为800°C时得到的催化剂)的催化活性最高。在碱性电解质溶液中,氧还原的起始电位在0.91V vs. RHE,在0.6V vs. RHE时的电流密度为4.3mAcm-2。旋转圆盘电极测试表明Fe–N70%/C-800的电子转移数为3.7~3.9,且相对商业Pt/C电极具有较好的抗甲醇交叉能力和稳定性。 四、用新型载体合成钯/羟基磷灰石催化剂及乙醇电氧化性能研究。羟基磷灰石(HAP)是一种富含羟基的绿色材料,以此为载体,在不加任何添加剂的条件下经由简单的水热反应制备Pd/HAP催化剂。经过TEM和FESEM表征,HAP是一个较好的载体,能使Pd粒子在其表面均匀地分布。循环伏安法和计时电流法研究Pd/HAP催化剂对直接乙醇燃料电池的催化乙醇电氧化的结果表明, Pd/HAP具有较高的电化学比表面积(33.08m2g1)和电流密度(246mA cm2),而Pd/C的电化学比表面积和电流密度分别为15.48m2g1和109mA cm2,这可能是因为HAP的存在提高了催化剂的抗中毒能力。直接乙醇燃料单电池测试表明,以Pd/HAP为阳极催化剂的膜电极的开路电压为0.73V,功率密度为50mW cm2,而作对比的Pd/C的膜电极的开路电压为0.66V,功率密度为36mW cm2,进一步表明HAP是较好的载体且Pd/HAP具有较高的乙醇电氧化的催化活性,并提出了乙醇在该催化剂上的反应机理。
【学位授予单位】:河南师范大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:O643.36;TM911.4

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【参考文献】
中国期刊全文数据库 前3条
1 王瑛,黄黎中,王永立,张力;燃料电池技术要论[J];贵金属;1997年01期
2 刘雁;;燃料电池 人类未来的能源终极解决方案[J];资源与人居环境;2007年05期
3 张胜涛,温彦;燃料电池发展及其应用[J];世界科技研究与发展;2003年03期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 魏永生;朱红;郭玉宝;郭志军;张新卫;;直接甲醇燃料电池的单电池实验测试及性能优化[J];北京交通大学学报;2010年06期
2 简弃非;王丹;魏蕤;;交指型流场结构的质子交换膜燃料电池温度分布特性模拟[J];兵工学报;2009年09期
3 范韬;;质子交换膜燃料电池及其在电动汽车上的应用[J];北京汽车;2009年04期
4 谭俊;邢汝鑫;钱耀川;;磁控溅射CrNx薄膜的接触电阻及其耐腐蚀性能[J];中国表面工程;2010年06期
5 桂长清;柳瑞华;;目前动力电池的市场格局[J];蓄电池;2010年03期
6 马伯岩;;潜艇AIP系统和燃料电池[J];船电技术;2007年04期
7 宋义超;余波;;高温质子交换膜燃料电池用电解质膜研究进展[J];船电技术;2011年12期
8 唐德修;;对燃料电池推动汽车技术进步的探讨[J];重庆工学院学报;2006年11期
9 陈云俊;孙毅;崔志伟;康高英;;氧化钆掺杂氧化铈势函数的综述[J];材料导报;2010年19期
10 陈惠;刘洪波;李建新;杨丽;何月德;;燃料电池复合材料双极板的制备与性能研究[J];材料科学与工艺;2010年05期
中国重要会议论文全文数据库 前6条
1 汪强兵;奚正平;汤慧萍;王培;王建勇;杨保军;葛渊;;多孔材料在燃料电池中的应用[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第6分册)[C];2010年
2 刘向;郭振波;张伟;王东;钱斌;;质子交换膜燃料电池膜电极组件性能研究[A];第二十七届全国化学与物理电源学术年会论文集[C];2006年
3 杜巍;张凯健;黄成德;;不同晶型TiO2掺杂PtRu电催化剂的合成及其在电催化中的应用[A];第二十七届全国化学与物理电源学术年会论文集[C];2006年
4 王荣方;刘军民;廖世军;;有机溶胶法制备PdFe/C氧还原催化剂[A];第七届全国氢能学术会议论文集[C];2006年
5 张晓东;陈雷;孟祥梅;孙立;;生物质制氢与燃料电池整合系统研究[A];第七届全国氢能学术会议论文集[C];2006年
6 尤欣敏;郭福田;许鑫;赵志刚;;利用回收铂料制备Pt/C催化剂及其性能表征[A];第一届氢能关键材料与应用研讨会论文集[C];2013年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 吴林;镁锂基合金在NaCl溶液中电化学行为的研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 刘杨华;SOFC固体氧化物燃料电池分布式发电系统仿真及其潮流计算[D];湖南大学;2010年
3 詹跃东;质子交换膜燃料电池的综合智能协调控制研究[D];昆明理工大学;2010年
4 于洁;固体氧化物燃料电池钙钛矿型复合氧化物阴极材料的研究[D];昆明理工大学;2009年
5 张新卫;直接乙醇燃料电池新型阳极催化剂的研究[D];北京交通大学;2011年
6 魏永生;直接甲醇燃料电池膜电极的关键材料与模型模拟研究[D];北京交通大学;2011年
7 林海丹;磺化聚芳醚酮类质子交换膜材料的制备及性能研究[D];吉林大学;2011年
8 张杨;用于直接甲醇燃料电池的新型磺化聚芳醚酮质子交换膜材料的制备与性能研究[D];吉林大学;2011年
9 李雪峰;新型聚芳醚质子交换膜材料分子设计及结构和性能关系的研究[D];吉林大学;2011年
10 吕世权;中温固体氧化物燃料电池钴基阴极材料的性能研究[D];吉林大学;2011年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前2条
1 夏正才,唐超群,潘小龙,钱晓良;固体氧化物燃料电池材料研究进展[J];功能材料;1997年05期
2 黄其励;21 世纪的电力新技术[J];东北电力技术;1998年06期
【相似文献】
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1 赵天;杨志刚;刘建芳;刘国君;王浩;李思明;;利用压电微泵驱动和脉动混合可控合成金纳米粒子[J];光学精密工程;2014年04期
2 焦华;杨合情;王庆相;李丽;谢小莉;;Fe_3O_4核桃形球状颗粒和八面体微晶结构的可控合成与磁学性质[J];中国科学(E辑:技术科学);2008年09期
3 公彦宝;王成运;刘顺英;罗淑芳;黄进;余家会;刘士远;;光聚合一步可控合成表面氨化的核壳型超顺磁性纳米凝胶及其表征[J];核技术;2008年10期
4 阚彩侠;倪媛;从博;刘津升;徐海英;;金、银纳米结构的可控合成及其光-热效应[J];南京航空航天大学学报;2013年06期
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1 袁金颖;隋晓锋;李上富;袁伟忠;范海林;康燕;蔡志楠;;新型纤维素基梳形共聚物的可控合成与性能研究[A];中国化学会第26届学术年会功能高分子科学前沿分会场论文集[C];2008年
2 胡海良;刘阳;康振辉;;多酸基金属-有机簇合物的可控合成[A];中国化学会第28届学术年会第8分会场摘要集[C];2012年
3 董强;于然波;王丹;姚建曦;汪浩;;水热条件下氧化铁纳微粒子的可控合成[A];2006年全国冶金物理化学学术会议论文集[C];2006年
4 王春刚;刘海艳;;可控合成兼具荧光和磁性的核壳和蛋黄-蛋壳结构纳米粒子及在生物成像中的应用[A];中国化学会第28届学术年会第12分会场摘要集[C];2012年
5 周光敏;;形貌及孔结构可控合成互连孔碳球作为高性能锂离子电池负极材料[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年
6 郭向可;郭学锋;丁维平;;金属磷酸盐纳米管催化剂材料的可控合成[A];中国化学会第28届学术年会第4分会场摘要集[C];2012年
7 董文钧;李超荣;陈本永;;纳米复合结构与多级结构可控合成[A];第十二届固态化学与无机合成学术会议论文摘要集[C];2012年
8 孙径;郭国聪;;液相可控合成ZnS_xSe_(1-x)纳米棒[A];中国化学会第28届学术年会第8分会场摘要集[C];2012年
9 熊宇杰;龙冉;马亮;柏彧;李波;;贵金属纳米结构的可控合成与催化性能调控[A];中国化学会第28届学术年会第4分会场摘要集[C];2012年
10 熊宇杰;;贵金属纳米结构的可控合成与催化及表面等离子体性能调控[A];第十二届固态化学与无机合成学术会议论文摘要集[C];2012年
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1 李梅;山西煤化所纳米碳化硅煤洁净转化成果获奖[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 胡鸣;铁氧化物与普鲁士蓝类化合物的形貌可控合成与非经典结晶机理研究[D];华东师范大学;2010年
2 高珊;SUZ-4分子筛可控合成及其催化应用的研究[D];大连理工大学;2013年
3 刘成辉;稀土氟化物发光纳米晶的可控合成、表征及表面修饰[D];清华大学;2009年
4 崔占奎;铋基纳米结构的可控合成及其光催化性能研究[D];华中科技大学;2012年
5 邓益强;新型结构、形貌MFI型和OMS-2分子筛的可控合成、表征与催化应用[D];湖南大学;2014年
6 袁斌霞;硫化铁系光电材料的绿色合成工艺及应用研究[D];华东理工大学;2013年
7 肖培培;溴氧化铋和硒碲化合物微纳米材料的可控合成和表征[D];中国科学技术大学;2011年
8 翟雪松;稀土氟化物纳米晶的可控合成及应用研究[D];吉林大学;2013年
9 周艺;功能导向纳米TiO_2及其复合体系的可控合成及性能[D];中南大学;2010年
10 宋发辉;氧化铁与铁多级纳米结构粒子的可控合成研究[D];武汉理工大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 严辉颖;负载型钯纳米催化剂的可控合成及电催化性能的研究[D];河南师范大学;2014年
2 任仰;钼酸盐发光材料的可控合成及性能表征[D];中国海洋大学;2008年
3 薛笑杰;稀土掺杂氟化物微纳米晶的可控合成及其上转换发光性质的研究[D];吉林大学;2010年
4 刘震宇;稀土氟化物的自组装可控合成[D];长春理工大学;2012年
5 王润涵;磁性金属微/纳米材料的形貌可控合成及磁性能研究[D];华东师范大学;2009年
6 刘彦红;水热还原法可控合成稀土磷酸盐微纳材料及性能研究[D];北京化工大学;2010年
7 都晨杰;类普鲁士蓝化合物的形貌可控合成及其向纳米多孔复合物的转化[D];华东师范大学;2013年
8 王立志;Ⅱ-Ⅵ族三元非整比化合物纳米晶的可控合成与表征[D];合肥工业大学;2007年
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