ninio负载au甲醇电催化材料的合成及初步制备工艺(附件)
本文采用水热法和化学沉积法并结合化学还原法制备了Ni-NiO/Au，考察了不同的碱和反应时间、反应温度、反应浓度和还原剂等实验参数对产物形貌和电化学性能的影响。以扫描电镜法检测其形貌，以线性扫描伏安法测其电催化性能。从扫描电镜图看出不同的碱生成的产物形貌是不一样的，而不同的反应浓度、温度、时间都对产物形貌也都是有影响。不同反应浓度、时间和反应温度制备的催化剂在一定范围内扫描电镜的对比结果都是粒径由小到大再小其聚集度由聚集到分散再到聚集。线性扫描伏安检测结果显示不同的碱生成的Ni-NiO/Au其电催化效果是不一样的。在用不同的还原剂生成产物线性扫描伏安对比中用水合肼还原生的催化剂性能比维生素C的更具有优势。不同浓度、温度、时间同样对产物电催化性能都有影响关键词 Ni-NiO负载Au，NiO，水热法，XRD，催化性能
目录
1引言 1
1.1燃料电池 1
1.2 甲醇燃料电池 3
1.3 催化剂的表征 7
1.4 选题依据和主要研究内容 8
2 实验部分 9
2.1 实验药品及器材 9
2.2 实验步骤 11
2.3 实验安全措施及“三废”治理 12
3实验结果与讨论 14
3.1 制备参数对样品结构、形貌、性能的影响 14
3.2 XRD图谱分析 17
3.3不同制备条件对催化剂性能的影响 17
结论 23
致谢 24
参考文献 25
1引言
能源危机一直是当前世界所面临的巨大难题。虽然经过三次工业革命使人类的物质发展和经济发展都得到了巨大的飞跃，第一次工业革命人们发明了柴油机和内燃机，人类开始大规模的化石能源的开采和使用。
然而地球化石能源是不可再生能源其储量有限。在人类的大量开采下化石能源已经日渐枯竭无法长久的给我们提供能源，现在我们已经面临能源枯竭的巨大危机。而且我们的家园地球在我们长久的使用化石能源排放有毒有害气体情况下已经岌岌可危变得不再宜居，酸雨、温室效应、臭氧层空洞、雾霾等都是使用化石能源带来的危害[1]。
在各种各样的危机中我们迫切的需要寻找一种可 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
以替代化石能源的新型高效环保的可再生的清洁能源。现今发现的高效清洁能源有水能、地热能、风能、太阳能、和醇类燃料电池等 [2]。
醇类燃料电池以醇为原料，现今醇的制备技术、运输技术、储存技术都非常成熟且价格低廉，而且醇类燃料电池结构简单能源转换高效快捷，反应产物为水和CO2 [3]。各种研究表明醇类燃料电池是化石能源的绝佳替代者我相信在不远的将来醇类燃料电池必将大放异彩成为能源界的明日新星。
1.1燃料电池
1.1.1燃料电池的发展
160年前人们开始研究和使用甲醇燃料电池并被其环保高效的特点所吸引。1839年，英国科学家格洛沃（Grove）发明了第一个燃料电池，他用封有Pt的玻璃管插入硫酸中电离出氢气和氧气在外部连接负载氢氧发生反应形成了甲醇然料电池 [4]。20年后，英国剑桥大学的一位学者通过高压条件制造出了能够投入实际应用的甲醇燃料电池，这项成果对后来的燃料电池发展具有重要的历史意义。之后经过一系列研究和发展燃料电池日渐成熟。20世纪60年代美国通用电气公司(GM)为美国航天管理局(NASA)研发了特殊的燃料电池（SPFC）用于阿波罗登月飞船的备用电池,其为人类登月做出了积极贡献 [5]。
能源是一个国家的根本，1973由于石油输出国家不满欧美国家支持以色列而采取石油战略遏制石油产业导致了能源危机。非石油能源产出国为了摆脱中东石油国家的钳制寻找能源替代产品，以及提高能源利用率减少环境污染，人们将燃料电池从高尖端航空领域研究开始研究市场化普通化，在在这段时间内相继出现了熔融碳盐酸燃料电池（MCFC）、磷酸燃料电池（PAFC）、以及直接采用天然气、煤气和碳氢化合物作燃料的固体氢化物燃料电池（SOFC），且被人们大量由于实际生活，燃料电池迎来了第一次飞速发展 [6]。
80年代末期，由于大量使用化石燃料全球各地开始出现雾霾、酸雨、海平面上升等问题。人们第一次对工业革命感到迷茫和恐惧，在不断的反思下，寻找高效清洁能源，燃料电池以其能源利用率高，环保无污染再一次被关注。但是PEMFC向商业化迈进的过程中遇到了各种各样的问题，氢源问题异常突出，氢供应设施建设投资巨大，氢储存与运输技术及氢的制造技术远落后于PEMFC的发展。20世纪末在各国的关注下EMFC取得了长足的发展 [7]。
1.1.2燃料电池原理
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图1.1 直接醇类燃料电池原理图
直接醇类燃料电池原理如图1.1所示。燃料电池是一种不用经历热机过程不受卡诺循环影响高效简洁的能源转换装置它的能源转换率高达100 % 。它由阴极、阳极、电解质、和外部电路组成。工作时燃料气从阳极进入反应室氧化气阴极进入反应室。燃料气在阳极上电解出电子,电子由外接电路转移阴极并与氧化气反应生成离子，离子在电场作用下由阴极转移到阳极与燃料气反应构成回路产生电流。同时，由于其排放物大部分是水分，个别少量排放CO2，但是含量比化石能源燃烧排放少 [8]。另外，燃料电池用燃料和氧气作为燃料同时没有机械传动部件，故没有噪原料所以没有声污染。
燃料电池与普通电池不同普通电池催化剂活性物质储存于电池内部大大的占用了电池本身的空间浪费了电池的有用容量[4]。而燃料电池不同燃料电池构造极其简单内部只包含负责氧化的正极氧化电极、负责进料的燃料电极和电解质溶液，里面没有普通电池所需要的活性物质大大减少了非必要空间从而使得燃料电池电池容量远大与普通电池，在燃料电池工作时只需要不断的从两极输送燃料和氧化剂并不断的把反应物排出燃料电池就能不断的工作对外提供电源 [9]。
1.1.3 燃料电池的分类
在燃料电池快速发展的今天人们已经开发出来了很多种类的燃料电池。燃料电池可以按照其燃料类型、电解质类型和工作时的温度来分类。按燃料类型来分，燃料电池可分为：直接燃料电池、间接燃料电池和再生燃料电池等。从电解质来分类的话可以分为五种：采用超薄塑料薄膜为电解质的质子交换膜、采用锂钾碳酸盐或锂钠碳酸盐溶液作为电解质的熔融碳酸盐燃料电池、采用氢氧化钾水溶液作为电解液碱类直接燃料电池、采用固态氧化物电解质的固体氧化物燃料电池、还有电解质为浓磷酸的磷酸燃料电池等五种；按照工作时温度来分。可以分为低于100度的低温燃料电池；100~300度的中温燃料电池；600~1000度的高温燃料电池 [10]。
1.2 甲醇燃料电池
1.2.1 甲醇燃料电池的简介
直接甲醇燃料电池（DMFC）属于质子交换膜燃料电池中的一类，以甲醇作为燃料发电。甲醇是一种可循环再生清洁的能源，相比较其他能源甲醇燃料电池在生产、运输和储存上其工艺很成熟价格很低廉都非常的适合市场推广，而且甲醇燃料电池能源密度很高燃料能量转化率也非常高，其内部结构简单，电池负载能力非常强，产物为水和二氧化碳对环境基本无害且使用寿命长。因其结构简单所以微型化处理容易可以制成微型电池且使用灵活可以单独使用也可以多个电池组成的一个电池系统使用，且易于维修等优点。凭借这些优点甲醇燃料电池闪亮如明星已经在多个领域被广泛使用，世界各国的能源类科学家都为其着迷，世界各国都将甲醇燃料电池作为下一个能源发展的重点突破口[11]。
目录
1引言 1
1.1燃料电池 1
1.2 甲醇燃料电池 3
1.3 催化剂的表征 7
1.4 选题依据和主要研究内容 8
2 实验部分 9
2.1 实验药品及器材 9
2.2 实验步骤 11
2.3 实验安全措施及“三废”治理 12
3实验结果与讨论 14
3.1 制备参数对样品结构、形貌、性能的影响 14
3.2 XRD图谱分析 17
3.3不同制备条件对催化剂性能的影响 17
结论 23
致谢 24
参考文献 25
1引言
能源危机一直是当前世界所面临的巨大难题。虽然经过三次工业革命使人类的物质发展和经济发展都得到了巨大的飞跃，第一次工业革命人们发明了柴油机和内燃机，人类开始大规模的化石能源的开采和使用。
然而地球化石能源是不可再生能源其储量有限。在人类的大量开采下化石能源已经日渐枯竭无法长久的给我们提供能源，现在我们已经面临能源枯竭的巨大危机。而且我们的家园地球在我们长久的使用化石能源排放有毒有害气体情况下已经岌岌可危变得不再宜居，酸雨、温室效应、臭氧层空洞、雾霾等都是使用化石能源带来的危害[1]。
在各种各样的危机中我们迫切的需要寻找一种可 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
以替代化石能源的新型高效环保的可再生的清洁能源。现今发现的高效清洁能源有水能、地热能、风能、太阳能、和醇类燃料电池等 [2]。
醇类燃料电池以醇为原料，现今醇的制备技术、运输技术、储存技术都非常成熟且价格低廉，而且醇类燃料电池结构简单能源转换高效快捷，反应产物为水和CO2 [3]。各种研究表明醇类燃料电池是化石能源的绝佳替代者我相信在不远的将来醇类燃料电池必将大放异彩成为能源界的明日新星。
1.1燃料电池
1.1.1燃料电池的发展
160年前人们开始研究和使用甲醇燃料电池并被其环保高效的特点所吸引。1839年，英国科学家格洛沃（Grove）发明了第一个燃料电池，他用封有Pt的玻璃管插入硫酸中电离出氢气和氧气在外部连接负载氢氧发生反应形成了甲醇然料电池 [4]。20年后，英国剑桥大学的一位学者通过高压条件制造出了能够投入实际应用的甲醇燃料电池，这项成果对后来的燃料电池发展具有重要的历史意义。之后经过一系列研究和发展燃料电池日渐成熟。20世纪60年代美国通用电气公司(GM)为美国航天管理局(NASA)研发了特殊的燃料电池（SPFC）用于阿波罗登月飞船的备用电池,其为人类登月做出了积极贡献 [5]。
能源是一个国家的根本，1973由于石油输出国家不满欧美国家支持以色列而采取石油战略遏制石油产业导致了能源危机。非石油能源产出国为了摆脱中东石油国家的钳制寻找能源替代产品，以及提高能源利用率减少环境污染，人们将燃料电池从高尖端航空领域研究开始研究市场化普通化，在在这段时间内相继出现了熔融碳盐酸燃料电池（MCFC）、磷酸燃料电池（PAFC）、以及直接采用天然气、煤气和碳氢化合物作燃料的固体氢化物燃料电池（SOFC），且被人们大量由于实际生活，燃料电池迎来了第一次飞速发展 [6]。
80年代末期，由于大量使用化石燃料全球各地开始出现雾霾、酸雨、海平面上升等问题。人们第一次对工业革命感到迷茫和恐惧，在不断的反思下，寻找高效清洁能源，燃料电池以其能源利用率高，环保无污染再一次被关注。但是PEMFC向商业化迈进的过程中遇到了各种各样的问题，氢源问题异常突出，氢供应设施建设投资巨大，氢储存与运输技术及氢的制造技术远落后于PEMFC的发展。20世纪末在各国的关注下EMFC取得了长足的发展 [7]。
1.1.2燃料电池原理
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图1.1 直接醇类燃料电池原理图
直接醇类燃料电池原理如图1.1所示。燃料电池是一种不用经历热机过程不受卡诺循环影响高效简洁的能源转换装置它的能源转换率高达100 % 。它由阴极、阳极、电解质、和外部电路组成。工作时燃料气从阳极进入反应室氧化气阴极进入反应室。燃料气在阳极上电解出电子,电子由外接电路转移阴极并与氧化气反应生成离子，离子在电场作用下由阴极转移到阳极与燃料气反应构成回路产生电流。同时，由于其排放物大部分是水分，个别少量排放CO2，但是含量比化石能源燃烧排放少 [8]。另外，燃料电池用燃料和氧气作为燃料同时没有机械传动部件，故没有噪原料所以没有声污染。
燃料电池与普通电池不同普通电池催化剂活性物质储存于电池内部大大的占用了电池本身的空间浪费了电池的有用容量[4]。而燃料电池不同燃料电池构造极其简单内部只包含负责氧化的正极氧化电极、负责进料的燃料电极和电解质溶液，里面没有普通电池所需要的活性物质大大减少了非必要空间从而使得燃料电池电池容量远大与普通电池，在燃料电池工作时只需要不断的从两极输送燃料和氧化剂并不断的把反应物排出燃料电池就能不断的工作对外提供电源 [9]。
1.1.3 燃料电池的分类
在燃料电池快速发展的今天人们已经开发出来了很多种类的燃料电池。燃料电池可以按照其燃料类型、电解质类型和工作时的温度来分类。按燃料类型来分，燃料电池可分为：直接燃料电池、间接燃料电池和再生燃料电池等。从电解质来分类的话可以分为五种：采用超薄塑料薄膜为电解质的质子交换膜、采用锂钾碳酸盐或锂钠碳酸盐溶液作为电解质的熔融碳酸盐燃料电池、采用氢氧化钾水溶液作为电解液碱类直接燃料电池、采用固态氧化物电解质的固体氧化物燃料电池、还有电解质为浓磷酸的磷酸燃料电池等五种；按照工作时温度来分。可以分为低于100度的低温燃料电池；100~300度的中温燃料电池；600~1000度的高温燃料电池 [10]。
1.2 甲醇燃料电池
1.2.1 甲醇燃料电池的简介
直接甲醇燃料电池（DMFC）属于质子交换膜燃料电池中的一类，以甲醇作为燃料发电。甲醇是一种可循环再生清洁的能源，相比较其他能源甲醇燃料电池在生产、运输和储存上其工艺很成熟价格很低廉都非常的适合市场推广，而且甲醇燃料电池能源密度很高燃料能量转化率也非常高，其内部结构简单，电池负载能力非常强，产物为水和二氧化碳对环境基本无害且使用寿命长。因其结构简单所以微型化处理容易可以制成微型电池且使用灵活可以单独使用也可以多个电池组成的一个电池系统使用，且易于维修等优点。凭借这些优点甲醇燃料电池闪亮如明星已经在多个领域被广泛使用，世界各国的能源类科学家都为其着迷，世界各国都将甲醇燃料电池作为下一个能源发展的重点突破口[11]。
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