表面au修饰的pdauc催化剂的制备及其对乙醇催化氧化的性能研究【字数：8785】
当今世界，是电子科技发展非常快速的一个时代，人类对电子产品的依赖程度日益提高，因此，电池成了人们的关注焦点。电池的性能好坏是首要解决的一个问题。燃料电池由于效率高，没有噪声污染，排出有害气体少等优点而受到人类的青睐。现阶段，阻碍燃料电池大规模应用的主要问题仍旧是催化剂的成本、活性及寿命问题。尤其是阳极电催化剂活性较差，易被毒化，是影响直接液体燃料电池性能的关键问题。从催化剂的设计方面来说，主要可以通过结构效应和电子效应来提高催化剂的性能。基于以上问题，本论文以研究制备高性能的乙醇燃料电池阳极催化剂为目标，合成了具有较高活性和稳定性的PdAu/C乙醇氧化电催化剂，通过XRD、TEM以及XPS等测试表征手法对催化剂的组成和结构进行了研究，并对催化剂进行了乙醇催化氧化的电化学测试的分析和探讨。与Pd/C催化剂相比，在相同Pd载量下Pd/C、PdAu/C的正向峰电流分别为2.1mA和3.2mA，PdAu/C电极上的阳极峰电流是Pd/C的1.5倍。计时电流法中1000 s时PdAu/C电流密度更高，是Pd/C的2.2倍。在计时电位试验中，催化剂的稳定时间PdAu/C >Pd/C，说明催化剂的抗毒性也与此趋势相同可见，PdAu/C的活性和稳定性是远优于Pd/C催化剂的。
目录
摘要 II
目录 V
1引言 1
1.1燃料电池的结构和工作原理 3
1.2直接醇类燃料电池简述 4
1.3醇类燃料电池研究进展 6
1.4 本文主要研究内容 7
2 实验技术与原理 8
2.1 实验试剂及设备 8
2.2 材料表征 9
2.3 材料电化学性能测试 11
2.4 电化学表征技术 11
2.5试验方法 13
2.6催化剂的电极的制备 14
3 结果与分析 15
3.1物相表征 15
3.2电化学表征 17
4 结论 21
参考文献 22
致谢 23
1引言
科技的迅猛发展，给人们带来了能源的困扰，传统的石化能源一方面对环境的破坏比较严重，另一方面，人类的过度开采，已经造成资源的 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
枯竭，不能满足发展的需求，所以新能源时代已经到来。目前，太阳能，风能，地热能，潮汐能是运用比较广泛的自然能源，这些大自然给予的能源，给我们带来了许多便利的同时，环境的破坏也得到了缓解[1,2]。这些新能源的直接应用已经得到了很好的解决，那么我们如何将他们存储起来呢？电池就是一个很好的载体。
电子产品的出现，使人们对电池的要求越来越高。燃料电池的出现，又一次激发了电池研究热潮。燃料电池作为21世纪的“绿色能源”，是最有前景的新型能源转换装置[3,4]。早在十九世纪初，燃料电池就已经发明了，到目前为止拥有170多年的历史，是继火力、水力和核能发电之后的第四代发电技术。燃料电池是一种不经过燃烧便可将化学能转变成电能的装置，而且具有较高的转化效率，与常规意义上的电池不同[5]。它不需要热机的高温燃烧和传动装置，燃料电池也不受卡诺循环的限制，能量转换效率比较高；对环破坏小且排出的有害气体少，可以减少大气污染；可靠性高，且其比能量高；另外它还具有燃料使用广泛、建厂快捷、选址条件宽等优势[6,7]。
中国的燃料电池研究始于20世纪50年代末。国内燃料电池研究的第一个高峰出现在20世纪70年代，主要是国家投资的用于空间应用的原子力显微镜，如氨/空气燃料电池、肼/空气燃料电池、乙二醇/空气燃料电池等。20世纪80年代，中国的燃料电池研究处于低谷[8]。20世纪90年代以来，随着国外燃料电池技术的显著进步，中国掀起了新一轮燃料电池研究热潮。另一方面，中国是一个产煤和烧煤的大国[9,10]。煤的总消耗量约占世界总量的25%，导致煤和燃料的大量浪费和严重的环境污染。随着国民经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，我国汽车的数量迅速增加，使得燃油汽车成为污染源[11,12]。因此，发展燃料电池等清洁能源技术极其重要，也是高效合理利用资源和保护环境的重要途径。
从国内来看，我国的燃料电池开发也比较早，性能接近国际水平，但差距在于电池的可靠性和耐用性。虽然我国燃料电池材料已达到国际领先水平，但尚未打开商业化应用的大门[13]。为了提高电池性能，必须提高燃料电池发动机系统的可靠性和耐久性，加快燃料电池发动机的快速评价方法，促进示范运行，促进关键产业链和技术链的形成。氢燃料电池是目前运用最为广泛的，但是高效、清洁的直接醇类燃料电池能量转换装置也备受关注，然而统钯基催化剂在直接醇类燃料电池的运行过程中存在严重的稳定性缺陷，成为制约其应用的瓶颈。现在，国内也有许多高校和科研机构在开展直接醇类燃料电池的研究[14,15]。
发达国家把发展大型燃料电池作为重点研究项目，企业界也在燃料电池技术的研发上投入巨资。已经取得了许多重要的成就，使燃料电池取代传统的发电机和内燃机，并广泛用于发电和汽车。值得注意的是，这种重要的新型发电方式可以大大减少空气污染，解决电网的供电和调峰问题。整套2 MW、4.5 MW和11 MW燃料电池发电设备已投入商业生产。一些发达国家相继建成了各种等级的燃料电池发电厂。燃料电池的发展和创新将像一百年前内燃机取代人力所引起的工业革命，像计算机的发明和普及取代人力的计算、绘图和文件处理的计算机革命，像网络通信的发展改变了人们生活习惯的信息革命。
今天，在北美、日本和欧洲，燃料电池发电正以迎头赶上的势头迅速进入工业规模应用阶段。燃料电池技术在国外的快速发展必须引起我们足够的重视。这已经成为能源和电力行业必须正视的一个话题[16]。
催化剂作为燃料电池中不可缺少的一部分，对电池性能也产生了巨大的影响。所以本论文就展开对表面Au修饰的PdAu/C催化剂的制备及其对乙醇催化氧化的性能研究。虽然Au的加入引起的活性增强方面不是很有吸引力，但是由于从邻近原子中提取电子到Au，高稳定的PdAu电催化剂受到了特别的关注。
1.1燃料电池的结构和工作原理
燃料电池是一种化学装置，它将从燃烧燃料中产生的化学能量转化为电能，又称电化学发电器。燃料电池主要由四部分组成，即阳极、阴极、电解质和外部电路（如图1.1所示）。燃料气从阳极通入，释放电子，氧化气从阴极通入，并与外电路传导的电子结合生成离子。离子在电场作用下，通过电解质迁移到阳极上，与燃料气反应，构成回路，产生电流。同时，由于本身的电化学反应以及电池的内阻，燃料电池还会产生一定的热量。电池的阴、阳两极还起到了催化剂的作用[17]。
目录
摘要 II
目录 V
1引言 1
1.1燃料电池的结构和工作原理 3
1.2直接醇类燃料电池简述 4
1.3醇类燃料电池研究进展 6
1.4 本文主要研究内容 7
2 实验技术与原理 8
2.1 实验试剂及设备 8
2.2 材料表征 9
2.3 材料电化学性能测试 11
2.4 电化学表征技术 11
2.5试验方法 13
2.6催化剂的电极的制备 14
3 结果与分析 15
3.1物相表征 15
3.2电化学表征 17
4 结论 21
参考文献 22
致谢 23
1引言
科技的迅猛发展，给人们带来了能源的困扰，传统的石化能源一方面对环境的破坏比较严重，另一方面，人类的过度开采，已经造成资源的 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
枯竭，不能满足发展的需求，所以新能源时代已经到来。目前，太阳能，风能，地热能，潮汐能是运用比较广泛的自然能源，这些大自然给予的能源，给我们带来了许多便利的同时，环境的破坏也得到了缓解[1,2]。这些新能源的直接应用已经得到了很好的解决，那么我们如何将他们存储起来呢？电池就是一个很好的载体。
电子产品的出现，使人们对电池的要求越来越高。燃料电池的出现，又一次激发了电池研究热潮。燃料电池作为21世纪的“绿色能源”，是最有前景的新型能源转换装置[3,4]。早在十九世纪初，燃料电池就已经发明了，到目前为止拥有170多年的历史，是继火力、水力和核能发电之后的第四代发电技术。燃料电池是一种不经过燃烧便可将化学能转变成电能的装置，而且具有较高的转化效率，与常规意义上的电池不同[5]。它不需要热机的高温燃烧和传动装置，燃料电池也不受卡诺循环的限制，能量转换效率比较高；对环破坏小且排出的有害气体少，可以减少大气污染；可靠性高，且其比能量高；另外它还具有燃料使用广泛、建厂快捷、选址条件宽等优势[6,7]。
中国的燃料电池研究始于20世纪50年代末。国内燃料电池研究的第一个高峰出现在20世纪70年代，主要是国家投资的用于空间应用的原子力显微镜，如氨/空气燃料电池、肼/空气燃料电池、乙二醇/空气燃料电池等。20世纪80年代，中国的燃料电池研究处于低谷[8]。20世纪90年代以来，随着国外燃料电池技术的显著进步，中国掀起了新一轮燃料电池研究热潮。另一方面，中国是一个产煤和烧煤的大国[9,10]。煤的总消耗量约占世界总量的25%，导致煤和燃料的大量浪费和严重的环境污染。随着国民经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，我国汽车的数量迅速增加，使得燃油汽车成为污染源[11,12]。因此，发展燃料电池等清洁能源技术极其重要，也是高效合理利用资源和保护环境的重要途径。
从国内来看，我国的燃料电池开发也比较早，性能接近国际水平，但差距在于电池的可靠性和耐用性。虽然我国燃料电池材料已达到国际领先水平，但尚未打开商业化应用的大门[13]。为了提高电池性能，必须提高燃料电池发动机系统的可靠性和耐久性，加快燃料电池发动机的快速评价方法，促进示范运行，促进关键产业链和技术链的形成。氢燃料电池是目前运用最为广泛的，但是高效、清洁的直接醇类燃料电池能量转换装置也备受关注，然而统钯基催化剂在直接醇类燃料电池的运行过程中存在严重的稳定性缺陷，成为制约其应用的瓶颈。现在，国内也有许多高校和科研机构在开展直接醇类燃料电池的研究[14,15]。
发达国家把发展大型燃料电池作为重点研究项目，企业界也在燃料电池技术的研发上投入巨资。已经取得了许多重要的成就，使燃料电池取代传统的发电机和内燃机，并广泛用于发电和汽车。值得注意的是，这种重要的新型发电方式可以大大减少空气污染，解决电网的供电和调峰问题。整套2 MW、4.5 MW和11 MW燃料电池发电设备已投入商业生产。一些发达国家相继建成了各种等级的燃料电池发电厂。燃料电池的发展和创新将像一百年前内燃机取代人力所引起的工业革命，像计算机的发明和普及取代人力的计算、绘图和文件处理的计算机革命，像网络通信的发展改变了人们生活习惯的信息革命。
今天，在北美、日本和欧洲，燃料电池发电正以迎头赶上的势头迅速进入工业规模应用阶段。燃料电池技术在国外的快速发展必须引起我们足够的重视。这已经成为能源和电力行业必须正视的一个话题[16]。
催化剂作为燃料电池中不可缺少的一部分，对电池性能也产生了巨大的影响。所以本论文就展开对表面Au修饰的PdAu/C催化剂的制备及其对乙醇催化氧化的性能研究。虽然Au的加入引起的活性增强方面不是很有吸引力，但是由于从邻近原子中提取电子到Au，高稳定的PdAu电催化剂受到了特别的关注。
1.1燃料电池的结构和工作原理
燃料电池是一种化学装置，它将从燃烧燃料中产生的化学能量转化为电能，又称电化学发电器。燃料电池主要由四部分组成，即阳极、阴极、电解质和外部电路（如图1.1所示）。燃料气从阳极通入，释放电子，氧化气从阴极通入，并与外电路传导的电子结合生成离子。离子在电场作用下，通过电解质迁移到阳极上，与燃料气反应，构成回路，产生电流。同时，由于本身的电化学反应以及电池的内阻，燃料电池还会产生一定的热量。电池的阴、阳两极还起到了催化剂的作用[17]。
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