不同au修饰比例的pdauc催化剂的制备及其对乙二醇催化氧化的性能研究【字数：8977】
作为一种高效，清洁的能量转换装置—直接醇类燃料电池（DAFC）备受大众关注，但是现阶段的一些问题，如催化剂的成本，活性及寿命问题使得燃料电池难以发展以及大规模的应用。尤其是阳极电催化剂活性较差，易被毒化，这些问题都直接影响着液体燃料电池的性能。于是甲醇，乙二醇等有机小分子进入了大众的视野，它们具有能量密度高，运输储存方便安全，来源广泛，价格低廉等优点，成为一类具有应用价值的便携式电源。为了解决传统燃料电池催化剂方面的问题，主要可以通过结构效应和电子效应来提高催化剂的性能。本论文以研究制备高性能的乙二醇燃料电池阳极催化剂为目标，合成了不同Au修饰比例的、具有较高稳定性和活性的PdAu/C乙二醇氧化电催化剂，通过XRD、XPS以及TEM等测试表征手法对催化剂的结构和组成进行了研究，并对催化剂进行了乙二醇催化氧化的电化学测试的分析和探讨。我们合成了两种表面Au修饰的PdAu/C，标记为PdAu0.1/C、PdAu0.2/C。在乙二醇氧化的CV测试中，在相同Pd载量下PdAu0.1/C、PdAu0.2/C的正向峰电流分别为0.8mA和1.8mA， PdAu0.2/C电极上的阳极峰电流是PdAu0.1/C 的2.2倍。同时， PdAu0.2/C在0.2V以后出现了另外的氧化峰，说明在此电位区间会有新的氧化物种被氧化，而PdAu0.1/C催化剂则无此现象。在计时电流法和计时电位法的测试时，其结果与CV一致。计时电流法中1000 s时PdAu0.2/C衰减程度最低，电流密度最高。在计时电位试验中，催化剂的稳定时间PdAu0.1/C< PdAu0.2/C，这说明催化剂的抗毒性也与此趋势相同。在此过程中，PdAu0.2/C具有较长的平台时间，同时，第二个平台的出现也与CV测试结果相符。这说明，所合成的PdAu0.2/C具有更高的电催化性能。
目录
摘要 I
1.引言 1
1.1燃料电池 2
1.2直接燃料电池简介 2
1.3 DAFCs电催化材料 3
1.4本文主要研究内容 5
2.实验技术与原理 7
2.1实验试剂及设备 7
2.2试验方法 9
2.3材料的表征技术 9
2.4电化学表征技术 11
3 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
.结果与分析 13
3.1 XRD谱图分析 13
3.2表面形貌分析 14
3.3催化剂的XPS图 14
3.4电化学测试分析 15
4.结论与展望 19
参考文献 20
致谢 22
1.引言
能源直接影响国民经济作为人类活动的物质基础，对能源的控制程度由未来国家的命运决定 [1]。近年来，发展中国家加快了工业发展的步伐，这种发展给环境和能源带来了很大的压力，20世纪所建立起来的庞大能源系统已不能适应未来社会对清洁、安全、经济、高效的能源体系的要求，能源的发展正面临着前所未有的巨大挑战。我国是一个煤炭生产和煤炭燃烧量很大的国家，煤的总消耗量约占世界的四分之一，造成煤燃料的大量废弃和严重的环境污染。随着国民经济的快速发展和人民生活水平的提高，我国的汽车数量迅速增长，拥有私人汽车的家庭越来越多，这导致煤油和气体的排放严重污染着环境，所以开发一种高效并对环境友好的能源迫在眉睫，这是实现合理使用资源和保护环境的一个重要途径[2]。作为一个最有前途的新能源，燃料电池（FuelCell）装置，由于其清洁、高效、安全、应用范围广等特点，成为各国政府、研究机构、企业和学术界共同关注的问题 [3]。燃料电池发明于19世纪初，己经有了170年的时间。而我国燃料电池研究开始于20世纪50年代末，从70年代到90年代国内的燃料电池研究经历了从高峰到低潮再到高峰的阶段。燃料电池是在火力、水力和核能发电之后出现的第四代发电技术。这是一种高效发电装置，它不同于传统意义上的电池，可以不经过燃烧直接将化学能转变成电能，而且它不需要热机的高温燃烧及传动装置，燃料电池不受卡诺循环的限制，能量转换效率高；环保，大气污染气体排放低；噪音低，易于建设；可靠性高，且其比能量又高；此外它还具有燃料使用广泛、工厂选址广泛、快速等优势，被誉为新世纪的绿色能源[3, 4]。
碱性直接乙二醇燃料电池是最有希望的便携式、移动和固定电源应用之一，主要是因为这类燃料电池使用的是可持续的燃料，而构成燃料电池的关键材料又相对便宜。碱性直接氧化燃料电池(DOFC)在各种液体燃料上运行有望成为一种可持续的能源技术，其主要原因是在碱性介质中阳极和阴极上的快速电化学动力学都提高了电池的性能。在各种液体燃料中，乙醇被认为是最合适的燃料，因为它是一种可持续和碳中性的交通燃料。但是，乙醇中CC键在低于100℃时很难断裂，乙醇氧化反应(EOR)的主要产物是乙酸盐，乙醇在碱性DOFC中的电子转移率(ETR)仅为33%，大大降低了法拉第效率，因此，寻找具有高ETR的替代液体燃料来替代乙醇变得至关重要。基于这些原因，以乙二醇(DEGFC)为载体的碱性燃料电池近年来受到越来越多的关注，并取得了很大的进展。
燃料电池分为几种，其中乙二醇的氧化产物与乙醇氧化产物存在一定的关联性，但是乙二醇的氧化产物更复杂。乙二醇在碱性条件下的电催化氧化是一种复杂的反应，这是因为存在几种吸附床中间体和反应产物，会毒害电催化剂。因此，更好地认识乙二醇在某一电极上氧化的机理，必将促进乙二醇电催化氧化向高活性、高选择性发展。近几十年来，人们对乙二醇在各种金属电极上如铂（Pt）、钯（Pd）和金（Au）在碱性介质中的电催化氧化进行了广泛的研究。
1.1燃料电池
燃料电池可以用许多不同的分类方法，如可以根据工作温度范围分类，可以分为低、中及高温型三种。低温型燃料电池是在室温~200°C之间，包括质子交换膜燃料电池和碱性燃料电池；中温型燃料电池有磷酸碱性燃料电池和培根燃料电池，工作温度为200~750°C之间；而高温型燃料电池包括熔融碳酸盐燃料电池和固体氧化物燃料电池，它的工作温度都高于750°C。也可以根据燃料的类型来分，可以将它分为直接式和间接式。直接的是直接用醇类或者氢气当作燃料；间接的是通过特殊的方法将某些烃类化合物转变为氢气后作为燃料提供给燃料电池。而最常见的分类方法是按照电解质的类型区分的，目前为止，己开发的燃料电池按照电解质类型来划分的话，大致可以分为五种[5]磷酸燃料电池(Phosphoric acid fuel cell, 即PAFC)，固体氧化物燃料电池(Solid oxide fuel cell, 即SOFC)，碳酸盐燃料电池(Molten carbonate fuel cell, 即MCFC)，碱性燃料电池(Alkaline fuel cell, 即AFC)，质子交换膜燃料电池电池(Proton exchange membrane fuel cell,即PEMFC)。
燃料电池是一种把燃料所具有的化学能转换为电能的化学装置，主要的燃料是氢气或短链的有机小分子，反应后的产物是水或二氧化碳的无毒产物[6]。由此可见，它对于生态环境的保护很有前景。同时燃料电池体系是不限于卡诺循环的，因此效率高，远远高于普通柴油机组的效率。现在，很多发达国家都致力于燃料电池的发展，并在几个领域实现了产业化的应用，这被认为是新世纪的第四代发电方式。
1.2直接燃料电池简介
目录
摘要 I
1.引言 1
1.1燃料电池 2
1.2直接燃料电池简介 2
1.3 DAFCs电催化材料 3
1.4本文主要研究内容 5
2.实验技术与原理 7
2.1实验试剂及设备 7
2.2试验方法 9
2.3材料的表征技术 9
2.4电化学表征技术 11
3 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
.结果与分析 13
3.1 XRD谱图分析 13
3.2表面形貌分析 14
3.3催化剂的XPS图 14
3.4电化学测试分析 15
4.结论与展望 19
参考文献 20
致谢 22
1.引言
能源直接影响国民经济作为人类活动的物质基础，对能源的控制程度由未来国家的命运决定 [1]。近年来，发展中国家加快了工业发展的步伐，这种发展给环境和能源带来了很大的压力，20世纪所建立起来的庞大能源系统已不能适应未来社会对清洁、安全、经济、高效的能源体系的要求，能源的发展正面临着前所未有的巨大挑战。我国是一个煤炭生产和煤炭燃烧量很大的国家，煤的总消耗量约占世界的四分之一，造成煤燃料的大量废弃和严重的环境污染。随着国民经济的快速发展和人民生活水平的提高，我国的汽车数量迅速增长，拥有私人汽车的家庭越来越多，这导致煤油和气体的排放严重污染着环境，所以开发一种高效并对环境友好的能源迫在眉睫，这是实现合理使用资源和保护环境的一个重要途径[2]。作为一个最有前途的新能源，燃料电池（FuelCell）装置，由于其清洁、高效、安全、应用范围广等特点，成为各国政府、研究机构、企业和学术界共同关注的问题 [3]。燃料电池发明于19世纪初，己经有了170年的时间。而我国燃料电池研究开始于20世纪50年代末，从70年代到90年代国内的燃料电池研究经历了从高峰到低潮再到高峰的阶段。燃料电池是在火力、水力和核能发电之后出现的第四代发电技术。这是一种高效发电装置，它不同于传统意义上的电池，可以不经过燃烧直接将化学能转变成电能，而且它不需要热机的高温燃烧及传动装置，燃料电池不受卡诺循环的限制，能量转换效率高；环保，大气污染气体排放低；噪音低，易于建设；可靠性高，且其比能量又高；此外它还具有燃料使用广泛、工厂选址广泛、快速等优势，被誉为新世纪的绿色能源[3, 4]。
碱性直接乙二醇燃料电池是最有希望的便携式、移动和固定电源应用之一，主要是因为这类燃料电池使用的是可持续的燃料，而构成燃料电池的关键材料又相对便宜。碱性直接氧化燃料电池(DOFC)在各种液体燃料上运行有望成为一种可持续的能源技术，其主要原因是在碱性介质中阳极和阴极上的快速电化学动力学都提高了电池的性能。在各种液体燃料中，乙醇被认为是最合适的燃料，因为它是一种可持续和碳中性的交通燃料。但是，乙醇中CC键在低于100℃时很难断裂，乙醇氧化反应(EOR)的主要产物是乙酸盐，乙醇在碱性DOFC中的电子转移率(ETR)仅为33%，大大降低了法拉第效率，因此，寻找具有高ETR的替代液体燃料来替代乙醇变得至关重要。基于这些原因，以乙二醇(DEGFC)为载体的碱性燃料电池近年来受到越来越多的关注，并取得了很大的进展。
燃料电池分为几种，其中乙二醇的氧化产物与乙醇氧化产物存在一定的关联性，但是乙二醇的氧化产物更复杂。乙二醇在碱性条件下的电催化氧化是一种复杂的反应，这是因为存在几种吸附床中间体和反应产物，会毒害电催化剂。因此，更好地认识乙二醇在某一电极上氧化的机理，必将促进乙二醇电催化氧化向高活性、高选择性发展。近几十年来，人们对乙二醇在各种金属电极上如铂（Pt）、钯（Pd）和金（Au）在碱性介质中的电催化氧化进行了广泛的研究。
1.1燃料电池
燃料电池可以用许多不同的分类方法，如可以根据工作温度范围分类，可以分为低、中及高温型三种。低温型燃料电池是在室温~200°C之间，包括质子交换膜燃料电池和碱性燃料电池；中温型燃料电池有磷酸碱性燃料电池和培根燃料电池，工作温度为200~750°C之间；而高温型燃料电池包括熔融碳酸盐燃料电池和固体氧化物燃料电池，它的工作温度都高于750°C。也可以根据燃料的类型来分，可以将它分为直接式和间接式。直接的是直接用醇类或者氢气当作燃料；间接的是通过特殊的方法将某些烃类化合物转变为氢气后作为燃料提供给燃料电池。而最常见的分类方法是按照电解质的类型区分的，目前为止，己开发的燃料电池按照电解质类型来划分的话，大致可以分为五种[5]磷酸燃料电池(Phosphoric acid fuel cell, 即PAFC)，固体氧化物燃料电池(Solid oxide fuel cell, 即SOFC)，碳酸盐燃料电池(Molten carbonate fuel cell, 即MCFC)，碱性燃料电池(Alkaline fuel cell, 即AFC)，质子交换膜燃料电池电池(Proton exchange membrane fuel cell,即PEMFC)。
燃料电池是一种把燃料所具有的化学能转换为电能的化学装置，主要的燃料是氢气或短链的有机小分子，反应后的产物是水或二氧化碳的无毒产物[6]。由此可见，它对于生态环境的保护很有前景。同时燃料电池体系是不限于卡诺循环的，因此效率高，远远高于普通柴油机组的效率。现在，很多发达国家都致力于燃料电池的发展，并在几个领域实现了产业化的应用，这被认为是新世纪的第四代发电方式。
1.2直接燃料电池简介
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