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甲醇燃料电池阳极催化剂的研究

陈先学  
【摘要】: 甲醇燃料电池是在质子交换膜燃料电池的基础上发展起来的一种新型能量转换装置,由于直接将甲醇作为燃料电池的燃料,因而受到广泛的关注,具有广阔的应用前景,但是目前甲醇燃料电池的催化剂低的活性以及成本较高等问题限制了甲醇燃料电池的应用。 本文主要进行了甲醇燃料电池催化剂材料的一些实验研究和探索,主要研究非贵金属催化剂的制备及其表征。采用不同方法制备了一系列的催化剂材料,主要有:Sol-Gel法制备LaNiO_3催化剂材料、两步法制备了CuZnAl、涂敷加高温热处理法制备了MnO_2-NiO和RuO_2-TiO_2氧化物催化剂材料、采用回流方法制备ZrO_2-NiO、以LaNiO_3作为载体的RuO_2-LaNiO_3催化剂材料、采用铝阳极氧化法在Al_2O_3膜孔中沉积Ni催化材料、水合肼还原法制备Pt/C催化剂材料。用电化学循环伏安法测试催化剂的电催化活性、用气相色谱(GC)法测试甲醇分解效率,并用SEM、XRD、激光粒度分析等分析和表征催化剂的结构形貌、物相组成、粒度分布。 电化学循环伏安测试表明,RuO_2-TiO_2催化剂显示了一定的催化活性,采用阳极氧化法制备的Ni-Al_2O_3对甲醇表现出较为明显的催化活性,Pt/C催化剂粉体的电催化活性最强。LaNiO_3、RuO_2-LaNiO_3、MnO_2-NiO的催化活性不明显。 对CuZnAl、WC、ZrO_2-NiO、LaNiO_3四种材料进行了气相色谱分解甲醇效率测试,结果表明,60℃下随着甲醇浓度的变大,催化剂对甲醇的分解率变大。当甲醇的浓度为1.00mol/L时CuZnAl催化剂的分解率达44.41%,高于LaNiO_3(32.13%)和ZrO_2-NO(30.09%)。在甲醇浓度为0.50mol/L时催化剂ZrO_2-NO的分解率达27.84%,而LaNiO_3则为26.78%。 对自制的LaNiO_3和Pt/C催化剂进行了XRD和SEM的分析表征。测试结果表明,制得的镍酸镧粉体中含有氧化镧相,粉体具有导电性;制得的Pt/C催化剂是纯净的Pt和C相组分,粉体颗粒细小均匀。


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