纳米多孔pdpt的制备及其对燃料电池阳极催化性能研究【字数：9627】
近些年来，对于直接醇类燃料电池电催化方面的研究已经受到了广泛关注，但是燃料电池的电极动力学反应比较缓慢，需要更加高效的催化剂，而且催化剂中的贵金属有限的储量、高昂的价格以及易发生中毒现象等问题极大地遏制了直接醇类燃料电池的发展。目前，商业上大多使用的都是Pt/C催化剂，但是由于其结构稳定性比较差和氧还原性差强人意等问题，寻找到更高性价比的催化剂已经成为当前燃料电池催化剂的研究热点。本文主要分析了电弧熔炼与去合金化相结合制备出的纳米多孔钯铂（NP-PdPt）材料，并且通过SEM、TEM、XRD等测试手段表征了纳米多孔钯铂材料的结构和形貌，可知所制备的PdPt催化剂相对Pt/C催化剂有着更好的氧还原性。在PdPt/C与Pt/C催化剂对乙醇的电化学催化性能测试对比中，发现双金属PdPt /C催化剂有着更高的电催化活性、抗CO毒化的能力和稳定性。
Key words: Direct alcohol fuel cells; Catalyst; Porous palladium platinum alloy; The anode catalyst 目录
1、绪论 1
1.1燃料电池的概述 1
1.1.1燃料电池的发展 1
1.1.2燃料电池的优势 2
1.1.3燃料电池的基本原理 2
1.1.4燃料电池的分类 2
1.2直接醇类燃料电池概述 3
1.2.1直接醇类燃料电池的优势 4
1.2.2直接醇类燃料电池工作原理 4
1.2.3直接醇类燃料电池研究现状 4
1.2.4乙醇燃料电池的优势 4
1.3贵金属纳米材料概述 5
1.3.1贵金属纳米材料的主要制备方法 5
1.3.2贵金属纳米材料的应用 6
1.4 论文设计的意义及研究内容 6
2、实验材料和方法 8
2.1 实验试剂和实验仪器 8
2.1.1 实验试剂 8
2.1.2实验仪器 8
2.2 表征技术 9
2.2.1 扫描电子显微镜(SEM)与X射线能谱(EDS) 9
2.2.2 透射电子显微镜(TEM *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
) 9
2.2.3 X射线衍射(XRD) 10
2.3 电化学测量技术 10
2.3.1 循环伏安测试(CV) 11
2.3.2 线性扫描伏安法(LSV) 11
2.3.3 计时电流法(IT) 11
3、实验过程与结果分析 12
3.1 实验部分 12
3.1.1 NP模板的制备 12
3.1.2 PdPt/C双金属催化剂的制备 12
3.1.3 修饰电极的制备 12
3.1.4 材料的表征和电化学测试 12
3.2 结果与讨论 13
3.2.1 NP材料的表征结果 13
3.2.2 PdPt双金属催化剂的表征结果 14
3.2.3 PdPt/C催化剂电化学性能测试结果 17
结论 20
参考文献 21
致谢 23
1 绪论
能源是经济社会发展的基础，同时也是影响经济社会发展的要素。为了满足经济社会发展的需要，全球一次能源总消费激增，能源资源供需矛盾和生态环境恶化问题日益突出[1]。为了支持经济社会的高速发展，我国能源生产和消费也有惊人的进步和变化，在此期间全世界一次能源的消费增量大部分发生在中国! 我国的经济发展面临着双重巨大压力：能源供应和保护环境。
伴随着世界一次能源的逐渐枯竭，人类一直在寻找更有效的能源利用方式和探索新能源。为了社会的可持续发展，发达国家和新兴国家开始着手制定新的能源发展战略，世界能源发展已经进入了新时期[2]。能源发展战略的核心在于实现能源的高效开发和使用上，减少化石能源的使用，着力开发可再生能源，这些都是目前的战略重点。对于我国而言，能源问题是重中之重，这直接关系到我国现代化社会进程。所以我们应该加大对绿色能源的开发，这是我国可持续发展的关键。其中，燃料电池是绿色能源中比较高效和清洁的。在等温条件下，只要保证燃料和氧化剂的补充，燃料电池可以直接将所输送的燃料转化成电能，从而可以持续不断地发电[3]。
1.1 燃料电池的概述
燃料电池（Fuel cell）是一种使用氧化还原反应将燃料中的化学能转化为电能的装置[4]。燃料主要是氢以及能分解出氢气的碳氢化合物，常见的有甲烷、天然气以及醇类等。相对原电池来说，燃料电池的优势很大。比如，只要持续不断地提供燃料，就能保证电力的稳定供应，不用担心像普通电池那样，用完后需要扔掉。通过电堆串联后，可以成为产生发电厂级别的发电量。
1.1.1 燃料电池的发展
燃料电池的概念是由格罗夫于1839年首次提出的[5]，20世纪70年代以来因各国投入增加，磷酸型燃料电池(PAFC)、固体氧化物燃料电池(SOFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)以及质子交换膜燃料电池(PEMFC)在固定式发电、汽车用电源以及便携式电源等方面有着非常乐观的前景。1839年，英国物理学家威廉葛洛夫（英语：William Robert Grove）制作了首个燃料电池。而在美国太空总署60年代的太空任务当中就有燃料电池的应用，其主要提供了探测器、人造卫星和太空舱的电力。此后，燃料电池就广泛地应用在各个方面，充当提供基本或后备的供电设备。由于化石燃料引起的能源危机意识，让人们对环境保护更加重视，所以燃料电池的发展前景愈发光明。
1.1.2 燃料电池的优势
只要含有氢原子的物质都可以被制成燃料电池，比如说煤、石油、天然气等化石能源，或是酒精、甲醇等清洁能源。燃料电池可以缓解主流能源的消耗速率，满足多样化能源的需求。以富氢气体作为燃料的燃料电池，产生的二氧化碳排放量比传统的热机要少40%以上，这对地球现存的温室效应缓解有着巨大的作用。
1.1.3 燃料电池的基本原理
现今的燃料电池种类虽多，但是基本原理和工作模式都是一样的。它们都是由阳极、阴极和电解质组成。阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应，燃料电池将消耗的燃料转化成水或二氧化碳，以及电流，产生的电流接上负载，负载通电后就可以正常工作了。阳极是催化剂将燃料氧化，产生带有正电荷的离子和负电荷的电子。电解液可以让离子通过，而电子则通过负载产生电流，离子到达阴极后与电子团聚后，发生反应产生水或二氧化碳。
Key words: Direct alcohol fuel cells; Catalyst; Porous palladium platinum alloy; The anode catalyst 目录
1、绪论 1
1.1燃料电池的概述 1
1.1.1燃料电池的发展 1
1.1.2燃料电池的优势 2
1.1.3燃料电池的基本原理 2
1.1.4燃料电池的分类 2
1.2直接醇类燃料电池概述 3
1.2.1直接醇类燃料电池的优势 4
1.2.2直接醇类燃料电池工作原理 4
1.2.3直接醇类燃料电池研究现状 4
1.2.4乙醇燃料电池的优势 4
1.3贵金属纳米材料概述 5
1.3.1贵金属纳米材料的主要制备方法 5
1.3.2贵金属纳米材料的应用 6
1.4 论文设计的意义及研究内容 6
2、实验材料和方法 8
2.1 实验试剂和实验仪器 8
2.1.1 实验试剂 8
2.1.2实验仪器 8
2.2 表征技术 9
2.2.1 扫描电子显微镜(SEM)与X射线能谱(EDS) 9
2.2.2 透射电子显微镜(TEM *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
) 9
2.2.3 X射线衍射(XRD) 10
2.3 电化学测量技术 10
2.3.1 循环伏安测试(CV) 11
2.3.2 线性扫描伏安法(LSV) 11
2.3.3 计时电流法(IT) 11
3、实验过程与结果分析 12
3.1 实验部分 12
3.1.1 NP模板的制备 12
3.1.2 PdPt/C双金属催化剂的制备 12
3.1.3 修饰电极的制备 12
3.1.4 材料的表征和电化学测试 12
3.2 结果与讨论 13
3.2.1 NP材料的表征结果 13
3.2.2 PdPt双金属催化剂的表征结果 14
3.2.3 PdPt/C催化剂电化学性能测试结果 17
结论 20
参考文献 21
致谢 23
1 绪论
能源是经济社会发展的基础，同时也是影响经济社会发展的要素。为了满足经济社会发展的需要，全球一次能源总消费激增，能源资源供需矛盾和生态环境恶化问题日益突出[1]。为了支持经济社会的高速发展，我国能源生产和消费也有惊人的进步和变化，在此期间全世界一次能源的消费增量大部分发生在中国! 我国的经济发展面临着双重巨大压力：能源供应和保护环境。
伴随着世界一次能源的逐渐枯竭，人类一直在寻找更有效的能源利用方式和探索新能源。为了社会的可持续发展，发达国家和新兴国家开始着手制定新的能源发展战略，世界能源发展已经进入了新时期[2]。能源发展战略的核心在于实现能源的高效开发和使用上，减少化石能源的使用，着力开发可再生能源，这些都是目前的战略重点。对于我国而言，能源问题是重中之重，这直接关系到我国现代化社会进程。所以我们应该加大对绿色能源的开发，这是我国可持续发展的关键。其中，燃料电池是绿色能源中比较高效和清洁的。在等温条件下，只要保证燃料和氧化剂的补充，燃料电池可以直接将所输送的燃料转化成电能，从而可以持续不断地发电[3]。
1.1 燃料电池的概述
燃料电池（Fuel cell）是一种使用氧化还原反应将燃料中的化学能转化为电能的装置[4]。燃料主要是氢以及能分解出氢气的碳氢化合物，常见的有甲烷、天然气以及醇类等。相对原电池来说，燃料电池的优势很大。比如，只要持续不断地提供燃料，就能保证电力的稳定供应，不用担心像普通电池那样，用完后需要扔掉。通过电堆串联后，可以成为产生发电厂级别的发电量。
1.1.1 燃料电池的发展
燃料电池的概念是由格罗夫于1839年首次提出的[5]，20世纪70年代以来因各国投入增加，磷酸型燃料电池(PAFC)、固体氧化物燃料电池(SOFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)以及质子交换膜燃料电池(PEMFC)在固定式发电、汽车用电源以及便携式电源等方面有着非常乐观的前景。1839年，英国物理学家威廉葛洛夫（英语：William Robert Grove）制作了首个燃料电池。而在美国太空总署60年代的太空任务当中就有燃料电池的应用，其主要提供了探测器、人造卫星和太空舱的电力。此后，燃料电池就广泛地应用在各个方面，充当提供基本或后备的供电设备。由于化石燃料引起的能源危机意识，让人们对环境保护更加重视，所以燃料电池的发展前景愈发光明。
1.1.2 燃料电池的优势
只要含有氢原子的物质都可以被制成燃料电池，比如说煤、石油、天然气等化石能源，或是酒精、甲醇等清洁能源。燃料电池可以缓解主流能源的消耗速率，满足多样化能源的需求。以富氢气体作为燃料的燃料电池，产生的二氧化碳排放量比传统的热机要少40%以上，这对地球现存的温室效应缓解有着巨大的作用。
1.1.3 燃料电池的基本原理
现今的燃料电池种类虽多，但是基本原理和工作模式都是一样的。它们都是由阳极、阴极和电解质组成。阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应，燃料电池将消耗的燃料转化成水或二氧化碳，以及电流，产生的电流接上负载，负载通电后就可以正常工作了。阳极是催化剂将燃料氧化，产生带有正电荷的离子和负电荷的电子。电解液可以让离子通过，而电子则通过负载产生电流，离子到达阴极后与电子团聚后，发生反应产生水或二氧化碳。
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