cusn二元催化剂制备参数的优化及初步制备工艺设计
本文以简单的水热法及还原法制备铜锡二元合金，研究了初始银锡离子比例、不同种类的碱以及还原剂对铜锡二元合金的形貌和组成的影响，用扫描电镜技术表征了产物的形貌和组成，并利用循环伏安法对其电化学性能进行检测。实验结果表明，通过调节以上实验参数可以改变产物的元素组成，经过能谱分析可以看到各元素面分布图。还可以在扫描电镜下观察产物的形貌的改变，比如颗粒的大小、颗粒的分散性、颗粒的负载量。在电化学检测检测中，这些参数的改变也使氧化峰、还原峰发生了改变，影响了电子转移的能力。经过还原，还可以使产物由氧化物变为二元金属合金。关键词 燃料电池，Cu-Sn二元合金，水热法，形貌
目 录
1 引言 1
1.1 燃料电池(Fuel Cell) 1
1.2 甲醇燃料电池 3
1.3 选题依据和主要研究内容 5
2 实验部分 6
2.1 实验试剂与仪器 6
2.2 实验步骤 7
2.3 “三废”的处理与实验安全 10
3 结果与分析 10
3.1 能谱分析 10
3.2 制备参数对样品形貌的影响 15
3.3 CuSn二元催化剂催化性能测试 18
4 初步制备工艺设计 21
4.1 工艺流程方框图 21
4.2 工艺流程设计图 22
结 论 23
致 谢 24
参 考 文 献 25
1 引言
当今社会，人类文明在进步，经济、社会在发展，这些都离不开能源的消耗，能源，已经成为人类生存和发展必不可少的重要物质条件。随着煤炭、石油、天然气等常规能源的消耗，且对生态环境的不利影响，这就需要我们开发如太阳能、风能、氢能、地热能等清洁能源，而燃料电池作为一种高效、清洁的电化学发电装置，近年来得到国内外普遍重视。
1.1 燃料电池（Fuel Cell）
1.1.1 燃料电池的发展
1839年，英国科学家Grove发明了第一个燃料电池，在稀硫酸中插入封有Pt电极的玻璃管，经过电解产生了氢和氧，在连接了外部负载后，氢和氧就发生了电池反应，产生了电流。之后经过一系列的研究，20世纪 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
60年代，美国通用电气公司（GE）为美国航天航空管理局（NASA）开发出来第一个SPFC，其被用作于阿波罗登月飞船上的辅助电源，为人类登月计划做出了积极贡献[1]。1973年，全球出现能源短缺的问题，为了使有限的能源发挥出最大的作用，提高能源利用率，人们将燃料电池的研究重点从尖端科技航天领域转向贴近人们日常生活的地面发电装置，在此时期，磷酸燃料电池（PAFC）、熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）以及直接采用天然气、煤气和碳氢化合物作燃料的固体氧化物燃料电池（SOFC）作为电站或分散式电站相继问世[2]，被人们大量用于实际生活中，燃料电池的研究与开发也进入了高速发展的时期。80年代末期，由于化石能源的大量使用，环境污染问题日益突出，燃料电池由于其能源利用率高、环境污染少，引发了人们对其研究的新目标。到1993年，加拿大Ballard电力公司展示了一辆零排放、最高时速为72km/h、以质子交换膜燃料电池（PEMFC）为动力的公交车，引发了全球性燃料电池电动车的研究开发热潮。目前，在PEMFC向商业化迈进的过程中，氢源问题异常突出，氢供应设施建设投资巨大，氢的贮存与运输技术以及氢的制备技术等还远落后于PEMFC自身的发展。20世纪末，以醇类直接为燃料的燃料电池成为了研究与开发的热点，受到了世界各国的广泛重视，并取得了长足的进展[3]。
1.1.2 燃料电池的原理
与一般电池的组成基本相同，燃料电池是直接以化学反应的方式将燃料中的的化学能直接转化为电能的能量转换装置[4]，是一种绿色的能源技术。由于中间不经过燃烧过程，不受卡诺循环的限制，所以具有能量转化效率高的特点。同时，由于其排放物大部分是水分，某些虽排放二氧化碳，但其含量远低于汽油之排放量，所以具有环保的特点[5]。
一般电池的活性物质贮存于电池内部，因此限制了电池本身的容量[6]，燃料电池不同，它的正极是氧化极电极，负极是燃料电极，都只是作为催化转换元件，除此之外还有电解质的存在，它们都不包含活性物质，这使得燃料电池的电池容量远远大于一般的电池。而在燃料电池工作时，由于外部供给燃料和氧化剂，使得在理论上只要不断使反应物进入燃料电池反应，并不断排除反应产物，燃料电池就能持续使用，对外发电[7]。
燃料电池由于直接将燃料的化学能转化为电能，所以燃料电池也具有改善空气污染的特点[8]。并且，燃料电池占地面积小，建设周期短，电站功率可根据需要由电池堆组装，集中分散两相宜。除此之外，燃料电池还具有能源安全性，燃料多样性等特点。
1.1.3 燃料电池的分类
目前，有五种已知的燃料电池类型，其名称与采用的相应的电解质有关。
碱性燃料电池（AFC）——采用氢氧化钾溶液作为电解液。这种电解液效率很高（可达6090％），但对影响纯度的杂质[9]，如二氧化碳很敏感，因为二氧化碳会与氢氧化钾电解质反应生成盐酸钾，降低电池的性能。因而运行中需采用纯态氧气和氢气，这一点导致其不适于民用，只可应用于宇宙飞行及国际工程等领域。
质子交换膜燃料电池（PEMFC）——采用极薄的塑料薄膜作为其电解质。因为发电时不产生污染，发电单元模块化，可靠性高，组装和维修都很方便，工作时也没有噪音，是一种清洁、高效的绿色环保电源，而其具有的工作温度低、启动快、比功率高、结构简单、操作方便等优点[10]，使其成为固定和移动装置的理想材料，成为电动汽车、固定发电站等的首选能源。
磷酸燃料电池（PAFC）——采用浓磷酸作为其电解质，以贵金属催化的气体 扩散电极为正、负电极。工作温度在150220℃,具有电解质稳定、磷酸可浓缩、水蒸气气压低和阳极催化剂不易被CO毒化等优点[11]，很适用于分散式的热电联产系统，广泛应用于发电厂中。
目 录
1 引言 1
1.1 燃料电池(Fuel Cell) 1
1.2 甲醇燃料电池 3
1.3 选题依据和主要研究内容 5
2 实验部分 6
2.1 实验试剂与仪器 6
2.2 实验步骤 7
2.3 “三废”的处理与实验安全 10
3 结果与分析 10
3.1 能谱分析 10
3.2 制备参数对样品形貌的影响 15
3.3 CuSn二元催化剂催化性能测试 18
4 初步制备工艺设计 21
4.1 工艺流程方框图 21
4.2 工艺流程设计图 22
结 论 23
致 谢 24
参 考 文 献 25
1 引言
当今社会，人类文明在进步，经济、社会在发展，这些都离不开能源的消耗，能源，已经成为人类生存和发展必不可少的重要物质条件。随着煤炭、石油、天然气等常规能源的消耗，且对生态环境的不利影响，这就需要我们开发如太阳能、风能、氢能、地热能等清洁能源，而燃料电池作为一种高效、清洁的电化学发电装置，近年来得到国内外普遍重视。
1.1 燃料电池（Fuel Cell）
1.1.1 燃料电池的发展
1839年，英国科学家Grove发明了第一个燃料电池，在稀硫酸中插入封有Pt电极的玻璃管，经过电解产生了氢和氧，在连接了外部负载后，氢和氧就发生了电池反应，产生了电流。之后经过一系列的研究，20世纪 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
60年代，美国通用电气公司（GE）为美国航天航空管理局（NASA）开发出来第一个SPFC，其被用作于阿波罗登月飞船上的辅助电源，为人类登月计划做出了积极贡献[1]。1973年，全球出现能源短缺的问题，为了使有限的能源发挥出最大的作用，提高能源利用率，人们将燃料电池的研究重点从尖端科技航天领域转向贴近人们日常生活的地面发电装置，在此时期，磷酸燃料电池（PAFC）、熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）以及直接采用天然气、煤气和碳氢化合物作燃料的固体氧化物燃料电池（SOFC）作为电站或分散式电站相继问世[2]，被人们大量用于实际生活中，燃料电池的研究与开发也进入了高速发展的时期。80年代末期，由于化石能源的大量使用，环境污染问题日益突出，燃料电池由于其能源利用率高、环境污染少，引发了人们对其研究的新目标。到1993年，加拿大Ballard电力公司展示了一辆零排放、最高时速为72km/h、以质子交换膜燃料电池（PEMFC）为动力的公交车，引发了全球性燃料电池电动车的研究开发热潮。目前，在PEMFC向商业化迈进的过程中，氢源问题异常突出，氢供应设施建设投资巨大，氢的贮存与运输技术以及氢的制备技术等还远落后于PEMFC自身的发展。20世纪末，以醇类直接为燃料的燃料电池成为了研究与开发的热点，受到了世界各国的广泛重视，并取得了长足的进展[3]。
1.1.2 燃料电池的原理
与一般电池的组成基本相同，燃料电池是直接以化学反应的方式将燃料中的的化学能直接转化为电能的能量转换装置[4]，是一种绿色的能源技术。由于中间不经过燃烧过程，不受卡诺循环的限制，所以具有能量转化效率高的特点。同时，由于其排放物大部分是水分，某些虽排放二氧化碳，但其含量远低于汽油之排放量，所以具有环保的特点[5]。
一般电池的活性物质贮存于电池内部，因此限制了电池本身的容量[6]，燃料电池不同，它的正极是氧化极电极，负极是燃料电极，都只是作为催化转换元件，除此之外还有电解质的存在，它们都不包含活性物质，这使得燃料电池的电池容量远远大于一般的电池。而在燃料电池工作时，由于外部供给燃料和氧化剂，使得在理论上只要不断使反应物进入燃料电池反应，并不断排除反应产物，燃料电池就能持续使用，对外发电[7]。
燃料电池由于直接将燃料的化学能转化为电能，所以燃料电池也具有改善空气污染的特点[8]。并且，燃料电池占地面积小，建设周期短，电站功率可根据需要由电池堆组装，集中分散两相宜。除此之外，燃料电池还具有能源安全性，燃料多样性等特点。
1.1.3 燃料电池的分类
目前，有五种已知的燃料电池类型，其名称与采用的相应的电解质有关。
碱性燃料电池（AFC）——采用氢氧化钾溶液作为电解液。这种电解液效率很高（可达6090％），但对影响纯度的杂质[9]，如二氧化碳很敏感，因为二氧化碳会与氢氧化钾电解质反应生成盐酸钾，降低电池的性能。因而运行中需采用纯态氧气和氢气，这一点导致其不适于民用，只可应用于宇宙飞行及国际工程等领域。
质子交换膜燃料电池（PEMFC）——采用极薄的塑料薄膜作为其电解质。因为发电时不产生污染，发电单元模块化，可靠性高，组装和维修都很方便，工作时也没有噪音，是一种清洁、高效的绿色环保电源，而其具有的工作温度低、启动快、比功率高、结构简单、操作方便等优点[10]，使其成为固定和移动装置的理想材料，成为电动汽车、固定发电站等的首选能源。
磷酸燃料电池（PAFC）——采用浓磷酸作为其电解质，以贵金属催化的气体 扩散电极为正、负电极。工作温度在150220℃,具有电解质稳定、磷酸可浓缩、水蒸气气压低和阳极催化剂不易被CO毒化等优点[11]，很适用于分散式的热电联产系统，广泛应用于发电厂中。
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