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试议质子交换膜燃料电池阴极电催化剂制备和表征

收藏本文 2024-02-04 点赞:10250 浏览:37242 作者:网友投稿原创标记本站原创

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探讨热点,但由于其昂贵、催化活性低而难以达到大规模商业化利用的要求,限制了质子交换膜燃料电池的进一步进展。本论文分别采取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等多种表征策略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。运用多种表征测试策略浅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升。同时,本论文对不同电催化剂的催化机理进行了初步的探讨和浅析。关键词:质子交换膜燃料电池论文核壳型论文二氧化锰论文电催化剂论文电化学活性面积论文

    摘要4-6

    ABSTRACT6-17

    第一章 绪论17-35

    1.1 燃料电池概述17-19

    1.1.1 燃料电池的特点17

    1.1.2 燃料电池的分类17-18

    1.1.3 燃料电池的运用18-19

    1.2 质子交换膜燃料电池概述19-22

    1.2.1 质子交换膜燃料电池的结构20

    1.2.2 质子交换膜燃料电池的工作原理20-21

    1.2.3 质子交换膜燃料电池有着的不足21-22

    1.3 质子交换膜燃料电池电催化剂22-31

    1.3.1 电催化剂的分类23-25

    1.3.2 电催化剂的制备策略25-28

    1.3.3 载体对电催化剂性能的影响28-30

    1.3.4 电催化剂的探讨近况30-31

    1.4 核壳型电催化剂的探讨进展31-32

    1.5 本课题的选题作用及探讨内容32-35

    第二章 实验部分35-41

    2.1 实验试剂与材料35

    2.2 实验仪器35-36

    2.3 表征策略36-38

    2.3.1 傅里叶变换红外光谱(FT-IR)36

    2.3.2 X-射线粉末衍射(XRD)36-37

    2.3.3 透射显微镜(TEM)37

    2.3.4 X 光电子能谱浅析(XPS)37

    2.3.5 扫描显微镜(SEM)37-38

    2.4 电化学性能测试38-41

    2.4.1 循环伏安扫描(CV)38-39

    2.4.2 计时电流曲线(i-t)39

    2.4.3 线性伏安扫描(LSV)39-40

    2.4.4 交流阻抗(EIS)40-41

    第三章 Pt/MWCNTs 电催化剂的制备及电催化性能探讨41-51

    3.1 引言41

    3.2 制备策略41-42

    3.3 结果与讨论42-48

    3.3.1 FT-IR 测试42

    3.3.2 XRD 测试42-43

    3.3.3 HRTEM 测试43-44

    3.3.4 循环伏安扫描测试44-47

    3.3.5 计时电流测试47-48

    3.4 本章小结48-51

    第四章 Cu@Pt/MWCNTs电催化剂的制备及电催化性能探讨51-67

    4.1 引言51

    4.2 制备策略51-53

    4.3 结果与讨论53-65

    4.3.1 XRD 测试53-55

    4.3.2 HRTEM 测试55-56

    4.3.3 XPS 测试56-58

    4.3.4 循环伏安扫描测试58-63

    4.3.5 线性伏安扫描测试63-65

    4.4 本章小结65-67

    第五章 Cu@Pt/MWCNTs-MnO_2电催化剂的制备及电催化性能探讨67-77

    5.1 引言67-68

    5.2 制备策略68

    5.3 结果与讨论68-76

    5.3.1 XRD 测试68-69

    5.3.2 TEM和SEM测试69-70

    5.3.3 循环伏安扫描测试70-72

    5.3.4 计时电流测试72-73

    5.3.5 线性伏安扫描测试73-75

    5.3.6 交流阻抗测试75-76

    5.4 本章小结76-77

    第六章 Ag@Pt/MWCNTs电催化剂的制备及电催化性能探讨77-91

    6.1 引言77

    6.2 制备策略77-79

    6.3 结果与讨论79-91

    6.3.1 XRD测试79-82

    6.3.2 HRTEM测试82

    6.3.3 XPS测试82-85

    6.3.4 循环伏安扫描测试85-89

    6.3.5 线性伏安扫描测试89-91

    第七章 Ag@Pt/MWCNTs-MnO_2电催化剂的制备及电催化性能探讨91-99

    7.1 引言91

    7.2 制备策略91

    7.3 结果与讨论91-98

    7.3.3 循环伏安扫描测试91-94

    7.3.4 计时电流测试94-95

    7.3.5 线性伏安扫描测试95-96

    7.3.6 交流阻抗测试96-98

    7.4 本章小结98-99

    第八章 结论与展望99-101

    8.1 结论99-100

    8.2 展望100-101

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