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PtRh/Pt5/C催化剂的制备、表征及乙醇电催化氧化的研究

作　者: 郭晓晓
导　师: 方莉
学　校: 山西大学
专　业: 物理化学
关键词: PtRh合金催化剂 乙醇电化学氧化 “三明治”结构 TEM XRD
分类号: TM911.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 26次
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内容摘要


随着环保问题日趋严重,传统的火力发电技术受到挑战,崛起于60年代的燃料电池技术受到了广泛的关注。直接甲醇燃料电池(DMFC)由于甲醇有相当高的毒性限制了其广泛应用。直接乙醇燃料电池(DEFC)是在燃料电池中采用乙醇代替毒性强的甲醇。相对于甲醇,乙醇不仅是生物可再生资源,还可以提供比甲醇更高的能量,乙醇的化学毒性几乎可以忽略或者院非常低。燃料电池阳极催化剂一直以来都是人们研究的热点。由于Pt-Ru催化剂中Ru在阳极反应中易损失是一个难以解决的问题。而Rh和Pt的原子半径相当,升华焓非常接近,混合焓变几乎为零,形成的合令也更加稳定。此外,Rh对C-C键断裂有一定的促进作用。本文采用超声波分散与化学还原法结合,以氯铂酸为前驱体,石墨为载体制备了Pts/C催化剂基底,通过XRD和CV对催化剂进行了表征,并以乙醇电化学氧化为探针反应,研究了不刚焙烧、还原温度及分散介质中醇／水比等因素对Pts/C催化活性的影响。在Pts/C基底上负载不同Pt、Rh含量后,经过400℃焙烧以及150℃氢气气氛中还原后制得Rh0.5/Pt5/C、Pt0.1Rhx/Pt5/C及“三明治”结构的PtyRhxPty/Pt5/C三种催化剂,通过CV、XRD和TEM进行表征,研究了不同沉积结构、不同沉积量及焙烧还原气氛对乙醇在PtRh/Pt5/C双金属催化剂表面氧化活性的影响。经过以上实验我们得出结论：Pt5/C基底的最优制备工艺是采用乙二醇与水体积比2：1作为分散介质,在超声波下用甲醛还原法1h后,于空气中400℃下焙烧4h。所制备的Pt5/C基底虽然Pt负载量很低,但具有与纯金属Pt相似的晶体结构特征,完全可以代替纯金属铂作为基底。当在基底上沉积一层Rh、二层PtRh和三层PtRhPt后,催化剂的CV和XRD图呈规律性变化,Pt0.1Rhx/Pt5/C及“三明治”结构的PtyRhxPty/Pt5/C催化剂不再仅是纯Pt和纯Rh特征峰,可推断出催化剂表面是纯Pt、纯Rh和PtRh合金的混合。这说明改变催化剂制备过程的沉积方式可以明显地改变催化剂的表面构成。乙醇催化氧化研究表明,还原后的催化剂对乙醇的催化氧化性能较强。在Pt5/C基底上负载-层Rh后,乙醇第一氧化峰电势明显负移,但峰电流强度下降。当在基底上负载不同比例的二层PtRh和“三明治”结构PtyRhxPty后,我们发现：由于Rh可以促进C-C键断裂且对氧的吸附性强于Pt,可过多Rh的会因为对乙醇的吸附性弱于Pt而降低总体活性,因此随着催化剂中Rh含量的增加,催化剂性能先提高再降低；当在里层增加一层Pt,增加了基底表面的粗糙度并防止了中间白J层Rh的流失,从而使催化剂表面的活性组分更好的形成了合会。其中Pt0.1Rh0.5Pt0.1/Pt5/C-R对乙醇催化氧化效果最好,与基底相比起始电势和第一氧化峰电势分别负移80mV和30mV,峰电流提高了314%。

全文目录


中文摘要  10-12
ABSTRACT  12-15
第一章 绪论  15-25
  1.1 燃料电池的分类  15-16
  1.2 阳极催化剂的研究进展  16-17
    1.2.1 贵金属催化剂  16-17
    1.2.2 非贵金属催化剂  17
  1.3 Pt基催化剂  17-21
    1.3.1 Pt-贵金属双金属催化剂  18-21
    1.3.2 三元催化剂  21
  1.4 负载型铂基催化剂  21-22
  1.5 论文选题意义及主要研究内容  22-23
    1.5.1 论文选题意义  22-23
    1.5.2 主要研究内容  23
  1.6 论文的创新点  23-25
第二章 实验  25-31
  2.1 实验仪器及药品  25-26
    2.1.1 实验仪器  25
    2.1.2 实验药品  25-26
  2.2 实验装置  26-27
    2.2.1 电解池的构造  26
    2.2.2 氢气鼓泡器的构造  26-27
  2.3 电化学实验方法  27-28
    2.3.1 实验装置及配件的清洗  27
    2.3.2 电解液的配制及除氧  27
    2.3.3 电极的预处理  27-28
  2.4 催化剂的制备及表征  28-31
    2.4.1 石墨的活化  28
    2.4.2 Pt_5/C基底的制备  28
    2.4.3 Rh_(0.5)/Pt_5/C的制备  28-29
    2.4.4 由Pt_xRh_y沉积层制备PtRh/Pt_5/C合金催化剂  29
    2.4.5 由"三明治"结构沉积层Pt_xRh_yPt_z制备PtRh/Pt_5/C合金催化剂  29-30
    2.4.6 催化剂的XRD表征  30-31
第三章 石墨负载Pt基底的制备及电化学性能研究  31-39
  3.1 焙烧温度对Pt_5/C催化性能的影响  31-33
  3.2 还原温度对Pt_5/C催化性能的影响  33-35
  3.3 分散介质对Pt_5/C基底的影响  35-36
  3.4 小结  36-39
第四章 Pt_5/C基底负载PtRh双金属阳极催化剂的表征  39-49
  4.1 Rh对Pt_5/C的影响  39-40
  4.2 制备气氛对催化剂性能的影响  40-42
  4.3 Rh含量对PtRh/Pt_5/C催化剂催化性能的影响  42-43
  4.4 Pt、Rh含量对"三明治"结构PtRhPt/Pt_5/C催化剂催化性能的影响  43-45
  4.5 Pt_5/C和PtRh/Pt_5/C双金属催化剂的TEM图  45-47
  4.6 小结  47-49
第五章 不同PtRh/Pt_5/C双金属阳极对乙醇的催化氧化性能研究  49-55
  5.1 Rh对乙醇在Pt_5/C表面氧化的影响  49-50
  5.2 制备气氛对乙醇催化氧化的影响  50-51
  5.3 乙醇在Pt_(0.1)Rh_x/Pt_5/C表面催化氧化研究  51-52
  5.4 乙醇在Pt_xRh_yPt_x/Pt_5/C表面催化氧化研究  52-53
  5.5 小结  53-55
第六章 结论与展望  55-57
  6.1 结论  55-56
  6.2 展望  56-57
参考文献  57-66
攻读学位期间取得研究成果  66-67
致谢  67-68
个人简况及联系方式  68-70

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 独立电源技术（直接发电） > 化学电源、电池、燃料电池 > 燃料电池
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