收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

低成本、高性能直接甲醇燃料电池电催化剂的制备及电化学性能研究

郑飞  
【摘要】:当今世界,随着经济的持续高速发展,人类生活水平不断提高,人们对清洁、高效、可持续发展能源的需求越来越迫切。直接甲醇燃料电池(DMFC)作为能量转换装置,由于其具有高效、高能量密度、低的甚至零排放的优势而越来越受人们关注。然而目前燃料电池普遍存在催化剂催化活性低、稳定性差、成本偏高等缺点,严重制约了其商业化发展。因此寻找低成本、高活性和高稳定性的催化剂成为燃料电池的研究热点。 本文从异质元素和金属氧化物的掺杂,及开发催化剂的新结构等方法入手,开展了用于DMFC阴极和阳极电催化剂研究。获得了价格低廉、电催化活性较好、环境友好、抗中毒能力较高的新型电催化剂,并通过比表面测定仪(BET)、X射线衍射(XRD)、电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-AES)、元素分析、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、循环伏安法(CV)、线性扫描伏安法(LSV)、计时-电流法(CA)等分析测试技术,对催化剂的形貌、结构、电化学性质等进行了详细研究,获得如下结果: (1)以离子液体1-乙烯基-3-乙基咪唑四氟硼酸盐([VEIM]BF4)为碳源和氮源,以二氧化硅球为模板,通过预碳化和高温碳化成功制备出结构有序的氮掺杂中空大孔碳球(NHMCS)。采用SEM、TEM、BET、XRD以及元素分析仪对NHMCS进行表征。结果显示NHMCS是具有高比表面积的中空大孔有序氮掺杂碳球,氮含量为1.40%。采用CV及LSV等电化学测试方法检测NHMCS在碱性条件下的氧还原催化性能。结果显示NHMCS拥有与商业E-TEK Pt/C相似的四电子氧还原(ORR)催化途径,并具有优于后者的ORR电催化活性及高的抗甲醇渗透性能。 (2)以NHMCS为载体,采用微波辅助乙二醇还原法制备了Pt/NHMCS和PtRu/NHMCS两种催化剂。通过TEM和CV考察了上述两种催化剂的表面形貌及其对甲醇的电催化氧化性能。结果显示NHMCS拥有高的比表面积、好的导电性和有利于电解质、反应物传输的多孔性,这些特点显示NHMCS是优异的催化剂载体。TEM结果表明,Pt和PtRu的平均粒径分别为2.64nm和2.49nm,并且它们以窄的粒径范围均匀的分散在NHMCS上。电化学测试结果表明以NHMCS为载体的催化剂比以商业E-TEK为载体的催化剂具有更高的电催化甲醇的活性和长期稳定性。 (3)以1-氨基芘修饰的CNTs为载体,通过PtCl62和Sn2+在载体表面原位自发还原制备得到绿色、经济的Pt-SnO2/CNTs催化剂。采用TEM和XRD对Pt-SnO2/CNTs催化剂形貌和结构进行表征:EDS和ICP-AES结果显示Pt-SnO2/CNTs催化剂中Pt与Sn02的摩尔比值约为0.48。电化学测试结果表明Pt-SnO2/CNTs催化剂比以商业Pt/C(E-TEK)催化剂具有更高的电催化甲醇的活性和长期稳定性。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前19条
1 李庆刚;张新恩;刘硕;;直接甲醇燃料电池碳载铂基电催化剂的研究进展[J];材料导报;2015年S1期
2 罗远来;梁振兴;廖世军;;直接甲醇燃料电池阳极催化剂研究进展[J];催化学报;2010年02期
3 陈维民;苏会东;辛勤;;甲醇电化学氧化催化剂的失活机理研究[J];沈阳理工大学学报;2009年02期
4 黄庆华,李振亚,王为;电池用氧电极催化剂的研究现状[J];电源技术;2003年S1期
5 马骁骏;葛欣;袁青云;;直接甲醇燃料电池催化剂的研究[J];科技视界;2015年14期
6 邵囡;季小丹;;直接甲醇燃料电池用铂基催化剂发明专利综述[J];山东工业技术;2015年04期
7 岳增芳;余丹梅;陈昌国;;硼氢化钠燃料电池负极催化剂的研究进展[J];电源技术;2011年01期
8 敖洪亮;张丽娟;李钒;;二氧化铈在低温燃料电池电催化剂中的应用[J];稀有金属材料与工程;2014年11期
9 郑亚荣;高敏锐;李会会;高强;Muhammad Nadeem Arshad;Hassan A.Albar;Tariq R.Sobahi;俞书宏;;一种高活性、稳定碳载铂钴镍合金的氧还原催化剂(英文)[J];Science China Materials;2015年03期
10 梅艳;贾曦;刘世斌;;直接甲醇燃料电池阴极催化剂的研究进展[J];山东化工;2015年24期
11 陈东;;日开发出以碳代白金作催化剂的新技术[J];功能材料信息;2008年04期
12 郑丁琴;刘慧勇;郭永榔;;Pt-SnO_2/C催化剂对甲醇的电催化氧化[J];电池;2006年06期
13 贾磊;;群马大学开发燃料电池用高活性电极催化剂[J];无机盐工业;2015年08期
14 隋静,卢进,李伟善;直接甲醇燃料电池阳极铂辅助催化剂[J];电池工业;2004年02期
15 吕彦杰;催化剂工业的业务转变[J];国际化工信息;2002年11期
16 张伟清;;帝人公司开发燃料电池用低成本非铂碳合金催化剂[J];石油炼制与化工;2015年05期
17 王必本,王万录,赵作峰,刘高斌,王永田,CHOI Seungho;催化剂厚度对碳纳米管直径的影响[J];重庆大学学报(自然科学版);2003年07期
18 周敏;林国栋;张鸿斌;;多壁碳纳米管负载铂的甲苯加氢脱芳催化剂[J];催化学报;2007年03期
19 索春光;刘晓为;张宇峰;唐鼎;陆学斌;夏洪洋;曹姗姗;;化学还原法制备铂及铂合金催化剂及其性能[J];贵金属;2006年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 冯艳;刘卉;杨军;;直接甲醇燃料电池铂基选择性催化剂的设计、制备和应用[A];中国化学会第30届学术年会摘要集-第二十九分会:电化学材料[C];2016年
2 刘楷;韦露;魏永生;赵新生;;碳纳米管负载高指数晶面结构凹立方体铂纳米晶催化剂的制备及其电催化性能研究[A];2016淮海绿色功能材料论坛暨第三届徐州清洁能源材料论坛摘要集[C];2016年
3 王敏;王中伟;赵新生;;微波辅助溶剂热法制备Pt/graphene-TiO_2及其催化性能的研究[A];2016淮海绿色功能材料论坛暨第三届徐州清洁能源材料论坛摘要集[C];2016年
4 马国富;李天辉;何海龙;雷自强;;碳纳米管负载氯化亚锡催化剂的制备及在Baeyer-Villiger反应中的研究[A];全国第十四届大环化学暨第六届超分子化学学术讨论会论文专辑[C];2008年
5 刘伟;蔡卫卫;刘长鹏;邢巍;;磁场耦合的被动式直接甲醇燃料电池:促进二氧化碳的剥离和增强催化剂的利用率[A];第十三届固态化学与无机合成学术会议论文摘要集[C];2014年
6 张斌;葛会宾;谷晓敏;梁浩杰;覃勇;;原子层沉积设计金属-氧化物多界面串联催化剂[A];中国化学会第30届学术年会摘要集-第十五分会:表界面结构调控与催化[C];2016年
7 ;助剂对催化剂活性影响的探究[A];中国职协2015年度优秀科研成果获奖论文集(中册)[C];2015年
8 徐辉;王光应;刘江峰;江厚兵;李林朝;;蜂窝式低温脱硝催化剂的煅烧温度对催化性能的影响[A];2016燃煤电厂超低排放形势下SCR脱硝系统运行管理及氨逃逸监测、空预器堵塞与低温省煤器改造技术交流研讨会论文集[C];2016年
9 徐辉;王光应;刘江峰;江厚兵;李林朝;;蜂窝式低温脱硝催化剂的煅烧温度对催化性能的影响[A];2016清洁高效燃煤发电技术交流研讨会论文集[C];2016年
10 刘荣;叶飞;管昊;贡湘君;;立方相纳米氧化锆基催化剂脱硝机理研究[A];第十八届全国高技术陶瓷学术年会摘要集[C];2014年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 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
2 陈四国;燃料电池气体多孔电极催化剂有效负载与稳定化[D];重庆大学;2011年
3 郭志军;燃料电池用碳气凝胶载铂基催化剂的制备与表征[D];北京交通大学;2011年
4 吴光平;燃料电池非铂和低铂氧还原催化剂的研究[D];重庆大学;2017年
5 黄德康;氧气还原反应催化剂的制备及其电化学性能研究[D];华中科技大学;2016年
6 罗凡;低温燃料电池高活性高稳定性铂基催化剂的研究[D];华南理工大学;2015年
7 黄健;费托合成高性能钴基催化剂的研究[D];华东理工大学;2017年
8 周子健;锰基低温催化剂氧化烟气中单质汞的机理研究[D];华中科技大学;2017年
9 王轶;单组分负载化苯氧亚胺催化剂的原位制备和乙烯聚合研究[D];浙江大学;2016年
10 周双;铜基和锌基二甲醚水蒸气重整制氢催化剂[D];天津大学;2016年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 郑飞;低成本、高性能直接甲醇燃料电池电催化剂的制备及电化学性能研究[D];四川农业大学;2012年
2 张蓓;多元金属复合催化剂的制备及其在直接甲醇燃料电池中的应用[D];东华大学;2016年
3 吴韬;直接甲醇燃料电池用非担载催化剂的研制[D];中南大学;2007年
4 季岩峰;平面聚合卟啉类催化剂的制备及催化性能研究[D];山东理工大学;2011年
5 任灿灿;基于掺杂效应改善燃料电池催化剂电化学性能研究[D];聊城大学;2017年
6 杨子娟;燃料电池电化学催化剂的合成与性能研究[D];信阳师范学院;2014年
7 熊春;氮掺杂碳纳米管燃料电池催化剂的研究[D];重庆大学;2012年
8 姜倩;直接乙醇燃料电池低铂三组元催化剂的制备及其催化性能的研究[D];北京化工大学;2015年
9 徐鹏乐;碳纳米管为载体的钯基催化剂的设计合成及其对乙醇电催化性能影响的研究[D];河南师范大学;2012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
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 记者 杨琳;庄信万丰将在上海生产摩托车催化剂[N];中国汽车报;2001年
2 本报记者 张凌之;万家基金李文宾:科技股静待“催化剂”出现[N];中国证券报;2019年
3 木禾;志愿服务是推进创文最好的催化剂[N];梅州日报;2019年
4 健康时报记者 董颖钰 实习记者 孔天骄;人工增雪催化剂不影响健康[N];健康时报;2019年
5 记者 江耘 实习生 洪恒飞 通讯员 柯溢能;新型催化剂可将制氢成本降低80%[N];科技日报;2019年
6 记者 王静;光敏蛋白催化剂让二氧化碳具还原能力[N];中国科学报;2018年
7 俞征;吃苦是成长进步的“催化剂”[N];陕西日报;2019年
8 曹西京 高超;把催化剂销往20余个国家和地区[N];中国石化报;2018年
9 汪东旭;莫让“礼尚往来”成腐败“催化剂”[N];重庆日报;2018年
10 本报首席记者 徐蒙;改革破冰为上化院添加“催化剂”[N];解放日报;2018年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978