铁酸锌基ptru直接乙醇燃料电池阳极催化剂的制备与研究
本文采用水热法制备纳米铁酸锌粉末，研究了制备条件对纳米铁酸锌的物质结构的影响；采用硼氢化钠还原法，以纳米铁酸锌为载体，选用不同比例的PtRu负载在铁酸锌上，分析了不同比例的PtRu对催化剂性能的影响。采用X射线粉末衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、电化学等分析测试手段对纳米催化剂进行表征并进行催化剂性能的测试，研究表明，Ru/Pt=10%时催化活性最好，最小电阻在5Ω左右，并且电流相对稳定。
目录
1 绪论 1
1.1前言 1
1.1.1燃料电池工作原理 2
1.1.2燃料电池分类 3
1.2直接乙醇燃料电池 3
1.2.1直接乙醇燃料电池概述 3
1.2.2直接乙醇燃料电池的研究进展 4
1.3载体铁酸锌 5
1.3.1纳米铁酸锌的开发现状 5
1.3.2纳米铁酸锌的合成方法 5
1.3.3纳米铁酸锌的分散 6
1.4直接乙醇燃料电池阳极催化剂 6
1.4.1 DEFC阳极催化剂研究现状 6
1.4.2 DEFC阳极催化剂分类 7
1.5 直接乙醇燃料电池催化剂的制备方法 8
1.5.1 醇还原 8
1.5.2 浸渍还原法 8
1.5.3 微波辐照法 8
1.5.4 Bonnemann 法 8
1.5.5 溶胶法 8
1.5.6离子交换法 9
1.6本文研究的意义和目的 9
2 实验部分 10
2.1 实验药品及仪器 10
2.2 实验方法及步骤 11
2.2.1载体铁酸锌的制备及表征 11
2.2.2 PtRu催化剂薄膜的制备及表征 12 2.2.3 PtRn催化剂薄膜的电性能测试（三电极测试系统） 13
3 结果与讨论 15
3.1 载体铁酸锌的性能表征 15
3.1.1 XRD图谱分析 15
3.2催化剂薄膜的性能表征 18
3.2.1 XRD图谱分析 18
3.2.2 形貌表征 19
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
3.3 催化剂薄膜电性能测试分析 20
3.3.1 循环伏安谱图 20
3.3.2 交流阻抗图 22
3.3.3 计时电流图 23
4 结论 24
参考文献 25
致 谢 26
1绪论
1.1前言
人类文明成长的动力就是能源，权衡一个国家的经济发展和生活水平的能源技术是一项重要指针。为了可以办理目前世界面临的能源欠缺以及环境污染两大困难，现在拥有燃料来源广、能量变动率高、低污染、贮存和运载方便等长处的直接液体燃料电池，在很多范畴具有广很大的应用前景，并且已经获得了世界范围的关新和注重。燃料电池技术是绿色能源技术，与通俗的电池相比，燃料电池不需要经过热机进程，直接将化学能变动为电能，可以清洁的提供电力，燃料电池拥有很大的潜力。引起了人们的兴趣的是直接燃料电池中的甲醇燃料电池(DMFC)，但是由于直接甲醇燃料电池对人体有毒，因此研究人员就将眼光看向了乙醇，拥有很多的优点的直接乙醇燃料电池(DEFC)，比方说：工作温度低、驱动快和能量变动效率高等等。再加上乙醇燃料资源丰富，价格低廉，来源广泛，便于携带和运输，乙醇市场的应用非常广泛，在便携式电子设备中的应用，如移动电话，直接乙醇燃料电池在关于办理当前环境污染和动力短缺等问题拥有很大的意义。
燃料电池的工作可简单地表示为：
[燃料，阳极阴极电解液‖‖氧化剂]→功率
在工作的期间的燃料电池，H2或含H的燃料入到阳极（也称燃料极），O2或者大气作为氧化剂送入到了阴极（也称空气极），电化学反应和氧还原和氢的氧化发生在电极和电解质的界面，只要你继续燃料和氧化剂的电池，燃料电池可连续输出功率。但是由于燃料本身没有包含燃料与氧化剂，单单是依靠电池的外部气体储罐供给燃料和氧化剂，燃料电池是在第二十一世纪的能源之星”认为，美国“时间”在第二十一世纪将作为第一个[ 9 ]燃料电池。通过电解水发现[ 11 ]燃料电池原理的中，A.Volta发表了世界上第一条对燃料电池的研究报告。
1959年，27年后，燃料电池是由培根制造出来，燃料电池也被称为5kW焊接机。同年，AllisChalmers公司已经推出了第一个燃料电池的农用拖拉机。同时也推出了第一部的以燃料电池为动力的农用拖拉机。同样在 60 年代早期的第一个应用于太空计划，改进之后在用于阿波罗登月计划。有一个里程碑意义的事儿并且引起了很多的科学家注意还有研究，就是燃料电池 Bacon 型。
在70 年代后，因为要环境保护及能源的需要，特别是1973年中东战争以后，世界上各国普遍都意识到能源的重要性，也更加激起了人们对于燃料电池的技术的兴致。 1.1.1 燃料电池工作原理
电催化剂的工作原理是由涂层的阴极和阳极和两电极之间的电解质膜制成的，集热板是由燃料电池的4个主要部分。（如图1.1.1所示），发电装置具有电化学燃料电池，形成由电化学氢和氧反应，水，和能量的释放这个电池在运行过程中没有卡诺循环的限制，这种电池和一般意义上的电池不一样，这电池只需要提供氧化剂以及燃料便可排出，进行能量转换时是可以等温的进行的。
图1.1.1 电池的反应原理图
氢氧燃料电池的燃料电池的工作原理为例，在燃料电池是由阴，阳电解质夹在两个电极构成，因此，工作时，燃料在阳极供应（如H2），向阴极供应的氧化剂(如大气)，氢会在阳极分解成带正电的氢离子和带负电的电子，氢离子可以通过电解质传向阴极，电子则会沿着外部电路经过负载流向阴极，对总反应方程式为式中所示，反应产物是电流，水，热量。
阳极反应：
E0=0.000V （11）
阴极反应：
E0=1.229V （12）
总的反应：
E0=1.229V （13）
1.1.2 燃料电池分类
有许多类型的燃料电池，还有其他的很多分类方法。按工作温度分，可分为低温（温度低于100℃），中温（在100600℃温度）和高温（在6001000℃温度）；按燃料来源分，可以将其分为直接式的燃料电池、间接式的燃料电池以及再生类的燃料电池；按应用方式来分，可以分为固定型、移动型和便携式；目前，由电解质类型分类是被普遍接受的，可分为磷酸燃料电池（磷酸燃料电池， PAFC）、熔融的碳酸盐燃料电池（molten carbonatefuel cell，MCFC）、固体氧化物燃料电池（solid oxide fuel cell， SOFC）、碱性燃料电池（alkaline fuel cell，AFC）和质子交换膜燃料电池（proton exchange membrane fuelcell，PEMFC）。
目录
1 绪论 1
1.1前言 1
1.1.1燃料电池工作原理 2
1.1.2燃料电池分类 3
1.2直接乙醇燃料电池 3
1.2.1直接乙醇燃料电池概述 3
1.2.2直接乙醇燃料电池的研究进展 4
1.3载体铁酸锌 5
1.3.1纳米铁酸锌的开发现状 5
1.3.2纳米铁酸锌的合成方法 5
1.3.3纳米铁酸锌的分散 6
1.4直接乙醇燃料电池阳极催化剂 6
1.4.1 DEFC阳极催化剂研究现状 6
1.4.2 DEFC阳极催化剂分类 7
1.5 直接乙醇燃料电池催化剂的制备方法 8
1.5.1 醇还原 8
1.5.2 浸渍还原法 8
1.5.3 微波辐照法 8
1.5.4 Bonnemann 法 8
1.5.5 溶胶法 8
1.5.6离子交换法 9
1.6本文研究的意义和目的 9
2 实验部分 10
2.1 实验药品及仪器 10
2.2 实验方法及步骤 11
2.2.1载体铁酸锌的制备及表征 11
2.2.2 PtRu催化剂薄膜的制备及表征 12 2.2.3 PtRn催化剂薄膜的电性能测试（三电极测试系统） 13
3 结果与讨论 15
3.1 载体铁酸锌的性能表征 15
3.1.1 XRD图谱分析 15
3.2催化剂薄膜的性能表征 18
3.2.1 XRD图谱分析 18
3.2.2 形貌表征 19
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
3.3 催化剂薄膜电性能测试分析 20
3.3.1 循环伏安谱图 20
3.3.2 交流阻抗图 22
3.3.3 计时电流图 23
4 结论 24
参考文献 25
致 谢 26
1绪论
1.1前言
人类文明成长的动力就是能源，权衡一个国家的经济发展和生活水平的能源技术是一项重要指针。为了可以办理目前世界面临的能源欠缺以及环境污染两大困难，现在拥有燃料来源广、能量变动率高、低污染、贮存和运载方便等长处的直接液体燃料电池，在很多范畴具有广很大的应用前景，并且已经获得了世界范围的关新和注重。燃料电池技术是绿色能源技术，与通俗的电池相比，燃料电池不需要经过热机进程，直接将化学能变动为电能，可以清洁的提供电力，燃料电池拥有很大的潜力。引起了人们的兴趣的是直接燃料电池中的甲醇燃料电池(DMFC)，但是由于直接甲醇燃料电池对人体有毒，因此研究人员就将眼光看向了乙醇，拥有很多的优点的直接乙醇燃料电池(DEFC)，比方说：工作温度低、驱动快和能量变动效率高等等。再加上乙醇燃料资源丰富，价格低廉，来源广泛，便于携带和运输，乙醇市场的应用非常广泛，在便携式电子设备中的应用，如移动电话，直接乙醇燃料电池在关于办理当前环境污染和动力短缺等问题拥有很大的意义。
燃料电池的工作可简单地表示为：
[燃料，阳极阴极电解液‖‖氧化剂]→功率
在工作的期间的燃料电池，H2或含H的燃料入到阳极（也称燃料极），O2或者大气作为氧化剂送入到了阴极（也称空气极），电化学反应和氧还原和氢的氧化发生在电极和电解质的界面，只要你继续燃料和氧化剂的电池，燃料电池可连续输出功率。但是由于燃料本身没有包含燃料与氧化剂，单单是依靠电池的外部气体储罐供给燃料和氧化剂，燃料电池是在第二十一世纪的能源之星”认为，美国“时间”在第二十一世纪将作为第一个[ 9 ]燃料电池。通过电解水发现[ 11 ]燃料电池原理的中，A.Volta发表了世界上第一条对燃料电池的研究报告。
1959年，27年后，燃料电池是由培根制造出来，燃料电池也被称为5kW焊接机。同年，AllisChalmers公司已经推出了第一个燃料电池的农用拖拉机。同时也推出了第一部的以燃料电池为动力的农用拖拉机。同样在 60 年代早期的第一个应用于太空计划，改进之后在用于阿波罗登月计划。有一个里程碑意义的事儿并且引起了很多的科学家注意还有研究，就是燃料电池 Bacon 型。
在70 年代后，因为要环境保护及能源的需要，特别是1973年中东战争以后，世界上各国普遍都意识到能源的重要性，也更加激起了人们对于燃料电池的技术的兴致。 1.1.1 燃料电池工作原理
电催化剂的工作原理是由涂层的阴极和阳极和两电极之间的电解质膜制成的，集热板是由燃料电池的4个主要部分。（如图1.1.1所示），发电装置具有电化学燃料电池，形成由电化学氢和氧反应，水，和能量的释放这个电池在运行过程中没有卡诺循环的限制，这种电池和一般意义上的电池不一样，这电池只需要提供氧化剂以及燃料便可排出，进行能量转换时是可以等温的进行的。
图1.1.1 电池的反应原理图
氢氧燃料电池的燃料电池的工作原理为例，在燃料电池是由阴，阳电解质夹在两个电极构成，因此，工作时，燃料在阳极供应（如H2），向阴极供应的氧化剂(如大气)，氢会在阳极分解成带正电的氢离子和带负电的电子，氢离子可以通过电解质传向阴极，电子则会沿着外部电路经过负载流向阴极，对总反应方程式为式中所示，反应产物是电流，水，热量。
阳极反应：
E0=0.000V （11）
阴极反应：
E0=1.229V （12）
总的反应：
E0=1.229V （13）
1.1.2 燃料电池分类
有许多类型的燃料电池，还有其他的很多分类方法。按工作温度分，可分为低温（温度低于100℃），中温（在100600℃温度）和高温（在6001000℃温度）；按燃料来源分，可以将其分为直接式的燃料电池、间接式的燃料电池以及再生类的燃料电池；按应用方式来分，可以分为固定型、移动型和便携式；目前，由电解质类型分类是被普遍接受的，可分为磷酸燃料电池（磷酸燃料电池， PAFC）、熔融的碳酸盐燃料电池（molten carbonatefuel cell，MCFC）、固体氧化物燃料电池（solid oxide fuel cell， SOFC）、碱性燃料电池（alkaline fuel cell，AFC）和质子交换膜燃料电池（proton exchange membrane fuelcell，PEMFC）。
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