Pt沉积在碳纳米管上的制备及其聚合物电解质膜燃料电池的性能

Pt沉积在碳纳米管上的制备及其聚合物电解质膜燃料电池的性能

一、Fabrication of Pt deposited on carbon nanotubes and performance of its polymer electrolyte membrane fuel cells(论文文献综述)

吴长清[1](2021)在《煤基掺氮碳纳米管负载铂基催化剂及其电催化性能研究》文中研究指明传统化石能源的消耗给我们生存的环境带来了巨大挑战。以甲酸、甲醇为代表的直接液体燃料电池因绿色环保、方便携带、能量转换率高等特点,逐渐成为新能源市场的宠儿。尽管Pt电催化剂是最有效的甲酸、甲醇燃料电池的阳极催化剂,但是由于Pt在电催化过程中存在活性低、稳定性差、抗毒性差以及稀缺昂贵,造成了在商业化和工业化的道路上的发展步履维艰。为此,研究者们提出了多种解决方案,如将Pt与其他组分复合和制备出负载型催化剂,这将有利于增强其电催化活性与稳定性。本文从Pt基催化剂入手,通过不同的化学方法制得Pt基二元、三元催化剂,并将其负载于煤基掺氮碳纳米管和改性石墨烯上,通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射、傅里叶红外光谱、拉曼光谱等手段对所制备的复合材料的形貌结构进行了表征;作为直接甲酸、甲醇燃料电池的阳极催化剂,测试其电催化性能。(1)从碳纳米管制备工艺出发,由原煤经过原位生长的煤基聚苯胺为碳氮源,经化学气相沉积法制备得到NCNT载体,将Pt、Pd分别负载在的NCNT和CNT上。经过XPS测试表明,所制备的NCNT中含有N元素,N的成功掺杂对后续以NCNT作为催化剂载体制备复合材料是极为有利的。通过TEM中粒径统计和XRD中Debye-Scherrer公式的计算发现,负载在NCNT上的Pt Pd NPs的粒径要远小于CNT上的Pt Pd NPs粒径;经过电化学测试其对甲酸的电催化氧化性能研究发现,Pt Pd NPs/NCNT催化剂的峰值电流密度为549.83 m A mg-1metal,大约是Pt Pd NPs/NCNT(120.83 m A mg-1metal)的2.6倍。(2)将通过溶剂热法将Te O32-还原得到Te单质,由于Te天然的还原性,可以作为自牺牲模板用来将Pt Cl62-、Ru3+还原为Pt、Ru单质,并负载在NCNT上。SEM表明,溶剂热法得到的Te单质为一维管状结构,TEM结果显示,Pt Ru Te/NCNT催化剂较好的保留了其一维中空管状结构;电化学结果表明,Pt Ru Te/NCNT催化剂的峰值电流密度为728.3 m A mgPt-1,是Pt Ru/NCNT催化剂上正扫峰电流密度(235.9 m A mgPt-1)的3.1倍。此外,在Pt Ru Te/NCNT催化剂上甲醇电催化氧化的正扫峰电位和起始峰电位更低于Pt Ru/NCNT催化剂。(3)通过改进的Hummers法由天然石墨粉制备得到GO,再经水合肼还原得到GNS。由于其较差的分散性与团聚,通过改性提高其在溶剂中的分散度与降低团聚,经Friedel-Crafts反应由琥珀酸酐改性得到C-GNS,再将Pt、Ru前驱体采用微波辅助EG还原法将Pt Ru NPs负载在改性前后的GNS上,制备得到两种催化剂。TEM结果显示,Pt Ru NPs在C-GNS和GNS上的平均粒径分别为4.0±0.5 nm和10.0±2.0 nm,更加表明C-GNS比GNS具有更好的溶液分散性;经过电化学测试其对甲醇的电催化氧化性能研究发现,Pt Ru NPs/C-GNS催化剂的质量活性为657.3 m A mgPt-1,远高于Pt Ru NPs/GNS催化剂的361.1 m A mgPt-1,在24 h的长期稳定运行测试中,Pt Ru NPs/C-GNS催化剂最终的稳态电流密度达到58.3 m A mgPt-1,大约是Pt Ru NPs/GNS催化剂(18.2m A mgPt-1)的3.2倍,且具有更好的抗CO中毒性能。

贺凡[2](2021)在《腐植酸片基ZIFs衍生掺氮碳骨架材料的制备与电化学性能》文中研究指明全球对绿色可持续能源及其能量转换和储能设备的需求日益激增,推动了各种新能源技术的快速发展。其中,包括超级电容器和燃料电池在内的电化学储能技术被认为是最可靠、高效和实用的选择。电极材料的结构在很大程度上决定着超级电容器、燃料电池的性能。目前,金属有机骨架材料(Metal-Organic Frameworks,MOFs)热解衍生的碳材料被广泛研究用作超级电容器的电极材料,燃料电池的电催化剂载体。沸石咪唑酯骨架材料(ZIFs)是MOFs的代表性品种之一,具有结构高度有序、比表面高、孔径可调、拓扑结构多样等优点,且含有丰富的碳、氮物种,是制备掺氮碳纳米管、石墨烯和纳米多孔碳等的优良前驱体。腐植酸层片具有与氧化石墨烯接近的粒子尺寸,层片厚度,物化结构,表面极性和活性,被视为是天然的氧化石墨烯。鉴于此,本文以腐植酸(HA)或棕腐酸(UA)为基底,Co2+、Fe2+为金属离子,2-甲基咪唑(MIM)为有机配体,先采用静置法合成层状UA-ZIF-67模板,水热法合成层状HA-CoFe-ZIF模板,再通过分段热解将两种模板衍生为掺氮碳骨架材料(NCS)。并对NCS的微观结构,及其在超级电容器中的电容性能和在燃料电池中的电催化剂载体性能进行研究,结果如下:(1)以UA为基底,Co2+为金属离子,MIM为有机配体,采用静置法合成层状UA-ZIF-67模板。通过分段低温热解,获得由碳纳米管和石墨烯组装的掺氮碳骨架材料NCS-1。NCS-1-650含有大量的碳纳米管和石墨烯层片,为离子存储提供了大的比表面,并为电子转移提供了良好的导电性。它具有丰富的介孔结构,为物质的转移提供了丰富的离子扩散通道,并能有效承受体积应变。以吡咯型N和吡啶型N掺入的11.3 at%氮,赋予其强的表面极性和赝电容特性。NCS-1-650表现出优异的电容性能,包括高的比电容(1 Ag-1,288 F g-1),良好的倍率特性(20 A g-1,170 F g-1)及优异的循环稳定性。在电流密度为5 A g-1下,经过5000和10000次循环后,电容保持率分别为95%,92%。组装的NCS-1-650//AC非对称超级电容器在1 Ag-1时电容为70 F g-1;在功率密度为411 W kg-1时具有12.4 Wh kg-1的能量密度;循环5000次的电容保持率为82%。(2)以NCS-1-650为载体,采用乙二醇、硼氢化钠双还原法制备出了 PtCo/NCS-1-650催化剂,NCS-1-650为锚定PtCo纳米颗粒提供了丰富的活性位点和大的比表面,从而使金属颗粒均匀地分散在其表面。PtCo/NCS-1-650催化剂表现出优异的甲醇氧化(MOR)催化活性以及循环稳定性。其ECSA值高达97.3 m2 g-1,是PtCo/VXC-72R催化剂的2.6倍。其正扫峰电流密度为665 mA mg-1,是后者的3.6倍。此外,经500圈CV测试,PtCo/NCS-1-650仍然保持了 76%的峰电流。(3)以HA-Na为基底,Co2+、Fe2+为金属离子,MIM为有机配体,水热法合成层状HA-CoFe-ZIF模板。通过低温热解合成了由碳纳米管和石墨烯层片组装的掺氮碳骨架材料NCS-2。NCS-2-650主要由石墨化C组成,掺入的9.5 at%的氮主要以吡咯型N和吡啶型N的形式存在。具有丰富的介孔结构,BET 比表面为427 m2 g-1,平均孔径为3.14 nm。有着高的比电容、优异的倍率特性和循环稳定性,1 A g-1时的比电容为324 F g-1,100 A g-1时为160 F g-1;循环5000次和10000次后,NCS-2-650材料的电容保留率分别为96%和87%。组装的非对称超级电容器NCS-2-650//AC,1 Ag-1下的比电容为76 F g-1,在411W kg-1的功率密度下具有13.5 Wh kg-1的能量密度,且循环5000次后电容保持率为85%。(4)以NCS-2-650为载体,采用乙二醇、硼氢化钠双还原法制备出了高分散性、高MOR催化活性及循环稳定性的PtCoFe/NCS-2-650催化剂。其ECSA为99.4 m2 g-1,正扫峰电流密度为684 mA mg-1,经500圈CV测试后,其峰电流密度保持了初始值的79%。

毛慧杰[3](2021)在《直接甲醇燃料电池阳极催化剂的制备及电催化性能研究》文中指出为应对全球能源紧张局势和不断恶化的环境污染和气候变化等生态问题,需要寻找更加环保的替代能源和高效的能源转换装置。直接甲醇燃料电池因其具备能量转化效率高、使用温度低、产品清洁、燃料运输安全、模块化结构、灵活方便等,是具有广阔发展前景的能源系统之一。目前制约甲醇燃料电池发展的主要因素集中在催化剂成本太高(通常使用Pt、Pd等贵金属催化剂);催化剂易中毒等。制备高活性,低成本的阳极催化剂是成为研究热点。通过循环伏安电沉积的方法将活性金属沉积到制备的碳纳米管和二氧化钛复合载体上,分别制备了Pt基、Au基催化剂,并对其进行表征和性能研究。(1)采用溶胶凝胶法获得二氧化钛,之后用BET表征了碳纳米管和二氧化钛不同配比条件下获得的复合载体的比表面积;获得制备复合载体的最佳配比为5%。在碳纳米管和二氧化钛质量比5%的条件下,硝酸调节p H为3-4;经陈化、煅烧、研磨得到了比表面积为268.706 m2/g的催化剂载体。利用XRD、SEM、TEM等表征手段对催化剂的形貌结构和热稳定性进行了表征。(2)采用循环伏安电沉积法,制备了Pt-CNT@TiO2、Pt Co-CNT@TiO2催化剂。研究结果表明,Co的加入使催化剂表现出比单金属催化剂更高的催化活性和更好的稳定性。探究了制备Pt Co-CNT@TiO2中不同金属配比的影响,其中Pt∶Co=1∶3时,Pt Co-CNT@TiO2的催化效果最好,甲醇氧化峰的峰电流密度达到98.9 mA·cm-2,氧化峰电流密度随着金属比例的升高而减小。(3)采用循环伏安电沉积法,制备Au-CNT@TiO2、Au Co-CNT@TiO2催化剂。考察了不同主盐的浓度对催化效果的影响,发现Au和Co之间也存在金属间的协同效应,Co的引入可以改善催化剂的性能。当Au∶Co=1∶2时,双金属催化剂Au Co-CNT@TiO2显示出最佳的催化性能,甲醇氧化的峰值电流密度为5.49 mA·cm-2。随着金属配比的升高,甲醇氧化峰电流密度同样表现为先升高后降低的趋势。比较相同方法制备的Pt基和Au基催化剂的催化效果,发现Au基催化剂的效果要远逊于相同条件下制备的Pt基催化剂。(4)利用SEM、TEM、XRD等表征手段对复合载体和四种催化剂进行了结构和形貌表征。利用循环伏安法,考察了催化剂在不同温度、不同扫描速率、不同碱性条件下的对甲醇的催化能力,利用计时电流法(CA)、电化学阻抗(EIS)等手段考察催化剂的电化学性能。结果表明,60℃下Pt Co-CNT@TiO2在1M KOH甲醇溶液中催化甲醇的峰电流达到220 mA·cm-2;65℃下Au Co-CNT@TiO2催化甲醇的氧化峰电流密度为11.9mA·cm-2,均显示出比单金属催化剂更好的催化性能。

宁凡迪[4](2021)在《高比功率质子交换膜燃料电池关键材料与技术研究》文中研究表明质子交换膜燃料电池和现有的电源技术(锂离子电池,镍氢电池,锌离子电池等)相比,在安全性,电网的兼容能力,使用寿命等方面都具有较大的优势。但是,燃料电池的比功率与上述提及的电源技术相比,却处于较低的水平。较低的比功率意味着在同等功率输出下,燃料电池需要更大的质量和体积。较低的比功率极大的限制了质子交换膜燃料电池的应用场景。因此,我们从提高功率密度,减小质量/体积两个方面入手解决这一问题。1)提出并成功制备了一种满足质子传导需求的锥形有序质子导体阵列Nafion膜。并通过磁控溅射负载Pt纳米颗粒,喷涂负载石墨烯纳米片,首次构筑了完整的“三相界面”,即传质,电子,质子的传导。并经过一系列的优化,锥形Nafion阵列PEMFC(H2-O2,80℃)的峰值功率密度高达1.24 W cm-2。2)进一步,我们提出了一种通过减小有序质子导体阵列尺寸,提高电池性能的策略。通过尺寸调控,首次制备了纳米尺寸的有序质子导体阵列。有序质子导体阵列(D40)直径仅为40nm,密度可达2.7×1010/cm2,几何比表面积为51.5cm2/cm2,是无阵列Nafion膜的51.5倍。采用D40的PEMFC(H2-O2,80℃)峰值功率密度进一步提升至1.47 W cm-2。3)燃料电池阴极一侧的氧还原反应是限制燃料电池性能的关键反应。我们探索了另外一种“纳米压印”的制备方法,为双侧阵列的制备提供了解决方案。双侧阵列的形貌和尺寸均可以通过模板的更换进行调整。双侧有序质子导体阵列有望进一步降低催化剂载量,并提高燃料电池性能。4)我们以打孔的石墨烯膜和碳纳米管膜复合膜为基底,通过简单的抽滤制备了一种轻薄的,高导电和导热热的扩散层。该该扩散层的厚度仅为75μm,远小于商业碳纸的厚度(190μm),大幅度降低了扩散层的厚度。更重要的是,该扩散层的方块电阻低至0.11 Ω sq-1,仅仅是商业碳纸的1/18。在自呼吸电池测试中(25℃,常压),该碳纸显示出了高达172.2mW cm-2的峰值功率密度。5)为了降低双极板的质量和体积,我们制备了一种一体化的,轻质的,超薄的塑料双极板。这种塑料双极板的材料是聚甲氧基硅烷(PDMS),流场区域尺寸为5×10 cm的流场板厚度仅为0.7 mm,重量仅为3.35 g。该流场板能够极大程度的降低了电池整体的质量和体积。

张健[5](2020)在《直接甲醇燃料电池低铂催化剂的制备及其电化学性能研究》文中研究说明直接甲醇燃料电池以其工作温度低、能量密度高、燃料易得易储存、无有害废弃物排放等优点,是便携式移动设备和新能源电动汽车的理想电源,未来有望在实际应用中取得重大进展。直接甲醇燃料电池是一种将甲醇中储藏的化学能转化为电能的电化学发电装置,阳极上的甲醇氧化效率在一定程度上决定着整个电池的性能与成本。现阶段最有效的甲醇阳极催化剂仍然是铂,贵金属铂价格高昂,储量稀少。目前所使用的商用铂碳催化剂活性较差,金属铂的利用效率低,在实际工作过程中容易与中间物种结合致使催化剂活性下降,与此同时碳载体材料不耐腐蚀会进一步降低其稳定性,这一系列原因决定了商用铂碳远远无法满足大规模商业化推广的条件,因此迫切需求研究工作者们开发具有铂利用效率高、耐腐蚀、稳定性高的铂基催化剂。在提升铂利用效率的方法中,将铂与其他过渡金属结合形成合金材料是一种被证明行之有效的手段;此外,构造核壳结构的纳米材料是最大化利用铂的一种有效方法。采用有效手段制得低铂高效催化剂对于推动直接甲醇燃料电池商业化具有较强的现实意义。本文基于上述考虑,采用脉冲电沉积的方法设计了一种以氮化钛为核,在氮化钛核上沉积铂壳的核壳结构催化剂,同时通过在氮化钛中掺杂其他过渡金属来提升催化剂的性能,与其他过渡金属相比,掺杂钴的二元氮化物载体沉积上铂后具有更高的催化活性。通过脉冲电沉积的方法降低了铂的用量,此核壳结构也能暴露更多的活性位点,能充分发挥铂的催化效率。Ti0.9Co0.1N@Pt/NCNTS的质量活性为757.31 m A mg Pt-1,约为商用铂碳活性的3.74倍,在稳定性测试中,此核壳催化剂同时也具有更高的稳定性与抗中毒性能。另外,采用简便的溶剂热法获得了具有较高的甲醇氧化活性的铂铜合金纳米线。其中Pt14Cu86 NWs的质量活性为939.17 m A mg Pt-1,约为商用Pt/C催化剂的4.6倍。引入非贵金属铜,不但可以降低铂的用量,同时铜做为甲醇吸附中心可以加速反应的进行。所制得的铂铜合金纳米线催化剂具有优异的甲醇氧化活性与稳定性。我们还将铂与镍通过葡萄糖还原得到了一种刺球结构的铂镍合金。镍基材料具有一定的表面氧化能力,通过引入镍金属不仅可以提升合金催化剂的活性也能提升材料的稳定性能。所制得的铂镍合金Pt3Ni-2/C的质量活性为339.21 m A mg Pt-1,约为商用Pt/C催化剂质量活性的1.6倍。在稳定性测试中,此材料具有远超商用铂碳催化剂的循环稳定性和抗中毒性能。

曾沙[6](2019)在《碳纳米管交联网络复合电极的构筑及其电催化性能的研究》文中研究表明锌—空气电池具有高比能量密度、安全稳定、环境友好等特性,是新一代电化学储能器件的典型代表之一。目前,锌—空气电池的性能仍受限于空气电极上缓慢的动力学过程。如何设计具有高催化活性、丰富催化反应界面、稳定催化活性位点、高效传质/传荷通道的高性能空气电极是该领域的关键和难点。本论文以实现高性能锌—空气电池的目标为牵引,基于高导电、相互交联的碳纳米管网络,发展了功能化及掺杂改性、原位均匀负载、三维网络构筑、光电催化结合等技术,旨在实现高性能空气电极。主要研究结果如下:1.发展了碳纳米管原生网络的电化学剪切和阳极氧化的功能化技术,解决了碳纳米管网络表面惰性的问题,保持碳纳米管网络高导电特性的同时,提高了碳纳米管的催化活性和负载位点密度。利用水热法原位掺杂以及电加热后处理掺杂的方式,在功能化碳纳米管薄膜上引入氮掺杂体,制备了两种新型的氮掺杂纳米碳复合电极。该类电极将原生碳纳米管网络迟缓的两电子氧还原反应改善为更有效的四电子转移过程,氧还原催化活性提升至与商业化Pt/C催化剂相当。2.利用碳纳米管网络中残留的铁颗粒与铂离子的置换反应及后续瞬态焦耳热处理,实现了均相铂铁合金纳米粒子在碳纳米管网络中的原位锚定。合金中Pt—Pt键长的缩短利于氧的解离吸附,高度合金化与原位锚定的负载结构提高了催化剂中Pt的利用率,复合网络电极的载铂量低(1.7 wt.%,6.8 μg cm-2),氧还原比质量催化活性高于商业20 wt.%铂碳催化剂的6倍,并表现出优异的长时间稳定性和抗甲醇性能。该自支撑复合薄膜电极组装的全固态纤维锌空气电池表现出稳定放电平台和倍率特性以及力学稳定性,还可实现重复利用。3.发展了非贵金属氧化物(Co304)在功能化碳纳米管网络上高效均匀负载的方法,实现了具有“珠链式”三维相互交联结构的柔性双功能催化电极的构筑。功能化碳纳米管上的含氧官能团为纳米颗粒提供丰富的生长位点,并为氮的引入提供了条件。原位负载的Co304纳米颗粒与氮掺杂碳纳米管在氧还原和氧析出催化反应中表现出增益的协同效应,提升了氧功能电催化反应的活性。复合气凝胶集高导电集流体、高催化性双功能催化剂、多孔气体扩散电极于一身,使全固态锌空气电池表现出低充电/放电过电位、优异的柔性及循环稳定性。4.通过简单一步水热法在碳纳米管导电网络上负载二氧化钛阵列,创新性地发展了一种光响应双功能空气电极,探究了外界光照条件对薄膜电催化电极的氧还原和氧析出催化性能的影响。光照下二氧化钛产生的光生电子/空穴增强了双功能催化活性,光-电催化的结合有效降低了空气电极的极化程度。该复合网络电极组装的锌-空气电池在外界光照辅助下充电/放电过电位大幅降低。

邹家穗[7](2019)在《铂基金属纳米材料可控合成及其电催化氧化甲酸及乙醇性能研究》文中认为直接甲酸/乙醇燃料电池,因其能量密度高、穿梭率小、毒性低、燃料存储方便及电池结构简单、低温运行等显着优点,近年来一直倍受关注。然而,燃料电池的大规模商业化应用严重受限于贵金属催化剂高昂的价格。通过引入一种或多种其它过渡金属,可控合成合金、核壳结构等纳米材料,不仅可以显着提高金属催化活性,而且还能降低贵金属用量,进而减少燃料电池催化剂成本。然而,合金催化剂表面金属易溶出,核-壳纳米界面结构对催化剂性能影响尚不明确及抗中毒能力差等问题,限制了金属催化剂性能的进一步提升。本论文将通过乙醇还原法在碳纳米管上原位制备出钌(Ru)纳米粒子,通过在Ru核表面可控生长出Pt壳层(Ru@Pt)及AuPt合金壳层(Ru@AuPt),从而构建出具有Ru核和Pt及AuPt合金壳层的核壳结构,并利用X-射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、X-射线光电子能谱仪(XPS)等方法表征纳米催化剂的组成、原子结构及电子状态,研究Ru-Pt界面结构及核壳结构、AuPt合金壳层对电催化氧化甲酸(FAOR)和乙醇反应(EOR)活性的影响,主要内容如下:(1)在Ru@Pt体系中,Ru核金属原子排布有序度对Ru-Pt界面结构及表面Pt壳层原子排布结构及电子结构带来显着影响,进而调控其电催化特性。首先在碳纳米管上可控制备了具有相同粒径的晶相及非晶相Ru纳米粒子,进一步在Ru纳米粒子表面生长具有不同厚度的Pt原子层,分别制备出具有晶相及非晶相Ru核的Ru@Pt核壳纳米结构,分别标记为Ru@Ptx和Ru(n)@Ptx,x表示壳层Pt与Ru的元素比。XRD、XPS、高角环形暗场扫描透射电子显微镜(HAADF-STEM)和CO脱附伏安法对钌(Ru)-铂(Pt)核-壳纳米颗粒表征发现,Ru@Ptx有明确的Ru-Pt两相界面,Pt原子在晶相Ru核表面有序生长。由于Ru与Pt晶格不匹配,在Pt壳层引起晶格压缩。相反,由于非晶相Ru核诱导Ru-Pt两相界面处形成PtRu合金,Pt壳层后续在PtRu合金界面上生长,Pt壳层的压缩应力得到较快释放。因此,对于具有相同Pt壳层厚度的Ru@Pt纳米粒子,晶相Ru核产生的压缩应力远大于非晶相Ru核,并随着Pt原子层数的增加而逐渐减弱。在电催化氧化甲酸和乙醇测试中,Ru@Ptx和Ru(n)@Ptx材料催化活性随Pt层厚度均呈现出火山形变化,但是晶相Ru核对应的Pt层催化活性及稳定性均显着优于非晶相Ru核表面的Pt层。这种现象归因于Ru核在Pt层晶格引起的压缩应力降低了金属表面d带中心,减弱了对CO等能够毒化催化剂的中间产物的吸附,进而抑制Pt催化剂表面毒化。由于晶相Ru核引起的应力变化比非晶相Ru核更明显,因此,其对Pt壳层催化活性的提高也优于非晶相Ru核。在这系列催化剂中,Ru@Pt0.75表现出最佳催化活性,CO和活性中间体在其表面的吸附达到最佳平衡,其电催化氧化甲酸和乙醇的面积比活性是Pt/C的25和6.5倍,是Ru(n)@Pt0.75的3.4和1.8倍。(2)通过在Pt壳层中引入Au元素,制备出Ru@AuPt核壳结构纳米粒子,进一步提高Pt催化活性。研究发现,在保持AuPt合金壳层厚度不变的情况下,随着Au/Pt(x)元素比增加,催化剂表面Pt组分逐渐减少,由于电子效应,催化剂d带中心逐渐上移,接近费米能级;在保持Au/Pt=1:1的情况下,随着AuPt合金壳层厚度(n)减少,表面压缩应力增大。由于催化剂表面的集团效应(ensemble effect)、电子效应(electronic effect)及应力效应(strain effect)协同作用的结果,Ru@(Au5Pt5)n的直接甲酸氧化催化活性显着优于Ru(n)@Pt1.0和Pt5Au5合金颗粒,并且能有效地抑制COads生成。在这一系列催化剂中,Ru@(Au5Pt5)纳米材料有最佳的甲酸直接氧化活性,其面积比活性为4.14mA?cm–2及质量比活性为1.2 A?mg–1,分别是商业Pt/C催化活性的52倍和17倍,是Ru(n)@Pt1.0催化活性的5.8倍和3.5倍,Pt5Au5合金催化活性的6.2倍及5.2倍。在碱性条件下,Ru@(Au5Pt5)n系列纳米催化剂依旧表现出良好的抗中毒能力。在该系列催化剂中,Ru@(Au5Pt5)0.5表现最佳,其质量比活性及面积比活性分别是Pt/C的12倍和28倍,Ru(n)@Pt1.0的4.0倍及5.1倍,Pt5Au5合金的4.3倍及3.9倍。此外,Ru@AuPt中Au组分对催化稳定性及结构稳定性有显着增益。

申珅[8](2019)在《热解金属卟啉用于电催化氧还原的研究》文中研究指明燃料电池因环境友好、绿色高效等优势得到高度关注,但其阴极侧电催化氧还原反应缓慢,需要大量的铂基电催化剂加速其动力学反应速率。由于铂成本高昂、易毒化,很大程度地限制了燃料电池的商业化发展。因此,研究发展低成本、高活性、高耐久性的非贵金属电催化剂成为当今的研究热点。本论文选用含铁、氮、碳元素的金属卟啉作为前驱体,通过自组装将分子通过非共价键作用规则排列,实现结构到性能的优化,取得进展如下:(1)选用自然界中广泛存在且价格低廉的血晶素作为前驱体,采用水热驱动自组装的方法:通过140 oC的水热处理,血晶素在碳黑上进行自组装,6 h后均匀地担载在碳载体上,经过热处理得到具有石墨层空心结构的电催化剂750-SAHm/EC600。在碱性环境下,具有与商业铂碳相当的电催化氧还原活性(半波电位为0.89 V vs.RHE,开路电压为1.0 V vs.RHE)。在加速耐久性测试后,此电催化剂在0.8 V(vs.RHE)对应的电流密度值仅下降5.8%,具有优于商业铂碳(0.8 V vs.RHE对应的电流密度值下降40%)的稳定性。对传统血晶素基电催化剂的制备工艺进行优化,实现分子级别对活性位点密度的提升。与已报道的血晶素基电催化剂的电催化活性相比,此法制备的750-SAHm/EC600具有最优活性。(2)将直径为200 nm的聚苯乙烯纳米球分散于铁卟啉的醇水体系中进行旋转蒸发自组装处理,帮助铁卟啉的分散,聚苯乙烯纳米球在725 oC高温热解挥发造孔,增大材料的比表面积,得到海绵状非贵金属电催化剂725-30%FeTPyP+PS。碱性条件下半波电位为0.875 V vs.RHE,开路电压为1.047 V vs.RHE,与商业铂碳活性(半波电位为0.89V vs.RHE,开路电压为1.0 V vs.RHE)相近,同时表现出优于商业铂碳的耐久性(此电催化剂0.8 V vs.RHE对应的电流密度值下降10%,商业铂碳0.8 V vs.RHE对应的电流密度值下降40%)和抗甲醇毒化性。

张小乐[9](2019)在《基于二维纳米材料MXene的燃料电池关键部件研究》文中提出MXene是一种新型过渡金属碳化物或氮化物的二维材料,是通过氟化物刻蚀三元层状材料MAX获得。由于二维纳米材料MXene具有独特的物理化学性质,因此成为了科学研究领域备受关注的材料。MXene作为一种陶瓷材料,具有良好的导电性能和机械性能、大的比表面积和良好的耐腐蚀性等优点,有作为催化剂载体的应用潜力;同时其表面含有大量的-OH等亲水官能团以及表面易于引入其他官能团,因此与其他基体膜复合时,可以提高膜的保水能力和OH-离子的传输能力。本文采用氟化氢铵刻蚀MAX得到了表面含有季铵基团的Ti3C2Tx,并将其与季铵化聚芳醚砜(QPSU)膜复合,研究复合膜的物理化学性质。由于MXene具有高的比表面积、电导率和稳定性,本文还将贵金属Pt纳米颗粒及Pt纳米线负载在MXene的载体上,取代传统碳载体,探索了催化剂的性能。本文首先制备了季铵化的Ti3C2Tx,并采用溶液共混法将其掺杂到季铵化聚芳醚砜(QPSU)基膜中。通过流延法制备Ti3C2Tx质量分数为3%的QPSU/Ti3C2Tx复合膜,其在60℃下的电导率是未掺杂Ti3C2Tx的QPSU和氟化锂刻蚀的Ti3C2Tx的QPSU/Li F-Ti3C2Tx膜的2倍。同时QPSU/Ti3C2Tx复合膜的热稳定性和机械性能得到显着提高。在60℃下,3wt%QPSU/NH4HF2-Ti3C2Tx最大功率密度比纯QPSU提高了2.2倍。本文利用十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)修饰的碳纳米管(CNT)和剥离后的Ti3C2Tx进行复合,制备了CNT-Ti3C2Tx复合材料作为催化剂载体。采用硼氢化钠还原铂的前驱体,制备得到了Pt/CNT-Ti3C2Tx催化剂,通过XPS、XRD、SEM和TEM等一系列手段对Ti3C2Tx和Pt/CNT-Ti3C2Tx进行了表征,并且对商业Pt/C和Pt/CNT-Ti3C2Tx进行了性能对比,结果表明:CNT-Ti3C2Tx载体和Pt纳米颗粒之间具有较强的相互作用,从而使得Pt纳米颗粒更容易稳定的分散在CNT-Ti3C2Tx载体上。贵金属Pt在CNT-Ti3C2Tx载体上比在碳载体上具有更高的利用率,Pt/CNT-Ti3C2Tx(1:1)催化剂遵循着“四电子”的反应过程,并且比面积活性(SA)比商业Pt/C提高1.7倍,质量活性(MA)提高了2.5倍,说明Pt/CNT-Ti3C2Tx(1:1)催化剂比商业Pt/C催化剂具有更好的催化性能。稳定性试验结果表明,Pt/CNT-Ti3C2Tx(1:1)催化剂具有良好的循环稳定性。本文还探索了不同形貌的Pt在CNT-Ti3C2Tx复合载体上的表现。采用CTAB为软模板的方法制备了铂纳米线(Pt NWs),并将其负载到CNT-Ti3C2Tx上,通过结构表征和电化学测试,探索了Pt NWs/CNT-Ti3C2Tx催化剂的催化性能。结果表明:Pt NWs与CNT-Ti3C2Tx载体之间的协同作用能够有效促进催化作用,Pt NWs/CNT-Ti3C2Tx含有更多的Pt单质,可以提供更多的Pt位点,提高了Pt的利用率和催化活性。Pt NWs/CNT-Ti3C2Tx催化剂遵循着“四电子”的反应过程。此外,Pt NWs/CNT-Ti3C2Tx催化剂的比面积活性(SA)比商业Pt/C提高2.8倍,质量比活性(MA)提高了3.2倍,证明了Pt NWs/CNT-Ti3C2Tx催化剂具有较Pt/C更高的ORR催化活性。

党岱[10](2017)在《低铂载量膜电极的原位制备与快速动态响应膜电极的制备与研究》文中研究说明氢,是地球上甚至宇宙中最为丰富的一种资源,它显示出作为清洁能源的巨大潜力,是人类摆脱对化石燃料依赖的终极能源替代品。世界各国正在积极寻找利用氢能源的方式。在目前日趋严重的环境问题和电池使用范围有限这一现状的刺激和推动下,燃料电池作为一种高效,环境友好的能量转化装置受到了广泛的追捧,它的开发使氢能经济全面加速。加氢站已经出现在美国,欧洲,中国和日本等地。丰田、本田、奔驰和通用等汽车公司正在大力推动氢氧燃料电池汽车的发展。在各种燃料电池中,质子交换膜燃料电池被视为一类最有可能大量应用于交通、军事等领域的燃料电池。然而,目前质子交换膜燃料电池的产业化依然面临众多挑战:(1)大量使用贵金属铂催化剂;(2)全氟磺酸电解质膜的价格太高;(3)燃料电池系统过于复杂,常常需要搭配锂电池或者超级电容器模块以解决负载改变时出现的燃料饥饿现象。以上这些因素造成了燃料电池成本过高而限制了其应用的脚步。本研究工作基于以上三点,对燃料电池低铂载量膜电极,新型复合电解质膜及搭配动态响应的双功能催化电极进行了探索和研究,旨在保证性能的同时,降低燃料电池的成本。(1)首先我们采用脉冲电沉积技术,在阳极的Ir/C催化层中,原位构筑了Ir@Pt/C核壳结构催化剂。所制备的Ir@Pt纳米颗粒均沉积在电极的三相界面位点上,从而大大提高了活性组分的暴露度和利用率。在本工作中,我们考察了脉冲周期和双金属之间不同的比例对电池性能的影响。实验结果表明,当脉冲周期为ton:toff=3ms:1.5ms,双金属比值为Ir:Pt=2.7:1时,Pt载量低至0.012mg cm-2,此膜电极表现出最佳的单电池性能。Ir@Pt/C膜电极的Pt质量活性高达55kW g-1Pt,是相同条件下商业Pt/C电极的10倍,而Pt载量只有商业电极的十分之一,这表明我们制备的膜电极中催化剂的利用率有显着的提高。(2)其次,为了进一步考察此方法制备的Ir@Pt/C膜电极用于燃料电池阴极中的表现,我们尝试通过改变焙烧温度以此控制Ir/C的粒径大小,得到了一系列Ir@Pt/C阴极膜电极。实验结果显示,当Ir/C焙烧温度为300°C时得到的Ir粒径为4.1nm,在此基底上利用脉冲电沉积技术制备的Ir@Pt/C阴极膜电极展现出最佳的ORR性能。其中,Ir@Pt/C-300膜电极中,Pt载量仅为0.044mg cm-2,最大功率密度可达0.58W cm-2,性能要优于商业JM Pt/C MEA,并且它的质量活性是商业电极的3.3倍。结合密度泛函理论,我们发现Pt与基底Ir之间存在一定的相互作用力,这种相互作用力可以改善表面Pt壳层对O与OH基团的吸附性质,从而影响着氧还原催化性能。(3)第三,我们采用Pd/C为基底催化层,通过脉冲电沉积技术,成功制备了具有Pd@Pt/C核壳结构催化剂的超低铂载量膜电极。单电池测试结果表明,Pd@Pt/C膜电极具有超高的氢氧化和氧还原活性,而其阳极和阴极Pt载量分别可低至0.015mg cm-2和0.04mg cm-2,大大提高了贵金属Pt的利用率。采用EDS线扫我们可以发现超薄Pt壳层高度分散在Pd纳米颗粒的表面形成了核壳结构;催化剂的表征结果显示,Pt壳层与Pd核之间的强电子相互作用力,可以修饰Pt表面的电子结构,使氧还原反应中Pt表面吸附OH基团的能力减弱,加快ORR反应的进程,从而提高反应速率和电池性能。(4)第四,为了开发在更高温度工作的燃料电池新型电解质膜,降低电解质膜的成本,我们制备了一种复合型CsH2PO4/polyvinyl butyral聚合物固体酸电解质膜。通过在CsH2PO4中添加少量的polyvinyl butyral不仅可以为复合电解质提供有效的支撑,还能够降低电解质的厚度。材料表征结果显示,复合型电解质膜可以形成致密而均匀的表面结构,厚度可低至120μm,同时,此复合电解质膜的质子电导率可达28 mS cm-1。单电池测试结果显示,CsH2PO4-3wt%polyvinyl butyral膜电极在电池温度260°C时最大功率密度为108mWcm-2。同时,电极具有良好的稳定性,在0.5V恒压放电10h的测试后,性能没有衰减。热循环测试结果显示,该CsH2PO4-3wt%polyvinyl butyral膜电极可以很好的适应温度的变化。(5)最后,我们研制了一种具备储能性质的阳极材料,可以在氢气供应出现中断时实现燃料电池系统的动态响应。在本工作中,先在柔性多孔的碳布表面生长WO3纳米线作为储存质子的材料,随后在WO3的纳米线表面包覆Pt纳米颗粒。这种具有新型储能模块的动态响应燃料电池,可以通过Pt将阳极上氢气分解成H原子,随后以HxWO3的形式储存。这部分储存的能量可以在氢气短缺的时候,氧化生成WO3,同时释放质子和电子,分别穿过电解质和外部电路完成氧还原反应。通过对比我们发现,当氢气供应停止的时候,配有16mg cm-2 WO3的燃料电池可以一直持续放电,比普通燃料电池放电时间长390s。这项工作证明了WO3作为中温固体酸燃料电池阳极材料具备一定的能量储存效应和良好的兼容性,为应用于其他类似的燃料电池系统提供了有价值的参考。

二、Fabrication of Pt deposited on carbon nanotubes and performance of its polymer electrolyte membrane fuel cells(论文开题报告)

(1)论文研究背景及目的

此处内容要求:

首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。

写法范例:

本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。

(2)本文研究方法

调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。

观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。

实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。

文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。

实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。

定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。

定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。

跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。

功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。

模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。

三、Fabrication of Pt deposited on carbon nanotubes and performance of its polymer electrolyte membrane fuel cells(论文提纲范文)

(1)煤基掺氮碳纳米管负载铂基催化剂及其电催化性能研究(论文提纲范文)

摘要
abstract
1 绪论
    1.1 引言
    1.2 直接液体燃料电池
        1.2.1 直接甲醇燃料电池
        1.2.2 DMFC阳极催化剂
        1.2.3 直接甲酸燃料电池
        1.2.4 DFAFC阳极催化剂
    1.3 催化剂载体
        1.3.1 碳纳米管
        1.3.2 石墨烯
    1.4 选题思路
        1.4.1 研究内容
        1.4.2 创新点
        1.4.3 技术路线
2 实验测试原理及方法
    2.1 实验部分
        2.1.1 实验试剂
        2.1.2 实验仪器
    2.2 催化剂载体的制备
        2.2.1 煤基掺氮碳纳米管的制备
        2.2.2 羧基化石墨烯纳米片的制备
    2.3 催化剂表征方法
        2.3.1 扫描电子显微镜(SEM)
        2.3.2 X射线衍射(XRD)
        2.3.3 X射线光电子能谱(XPS)
        2.3.4 拉曼光谱(Raman)
        2.3.5 傅里叶变换红外光谱(FT-IR)
        2.3.6 透射电子显微镜(TEM)
    2.4 电催化性能测试
3 煤基掺氮碳纳米管负载Pt Pd纳米粒子及其电催化甲酸性能研究
    3.1 引言
    3.2 催化剂的制备及表征
        3.2.1 催化剂的制备
        3.2.2 煤基掺氮碳纳米管的表征
        3.2.3 透射电镜分析
        3.2.4 X射线衍射分析
    3.3 电催化性能测试
    3.4 小结
4 煤基掺氮碳纳米管负载Pt Ru Te及其电催化甲醇性能研究
    4.1 引言
    4.2 催化剂的制备及表征
        4.2.1 催化剂的制备
        4.2.2 扫描电镜分析
        4.2.3 透射电镜分析
        4.2.4 X射线衍射分析
    4.3 电催化性能测试
    4.4 小结
5 羧基化石墨烯纳米片负载Pt Ru纳米粒子及其电催化甲醇性能研究
    5.1 引言
    5.2 催化剂的制备及表征
        5.2.1 催化剂的制备
        5.2.2 傅里叶红外光谱测试分析
        5.2.3 拉曼光谱分析
        5.2.4 分散性测试分析
        5.2.5 扫描电子显微镜及面扫分析
        5.2.6 透射电镜分析
        5.2.7 电感耦合等离子体原子发射光谱分析
        5.2.8 X射线衍射分析
    5.3 电催化性能测试
    5.4 小结
6 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
致谢
参考文献
附录

(2)腐植酸片基ZIFs衍生掺氮碳骨架材料的制备与电化学性能(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
1 绪论
    1.1 引言
    1.2 金属有机骨架材料概述
        1.2.1 金属有机骨架材料简介
        1.2.2 金属有机骨架衍生的碳材料及其在电化学领域中的应用
    1.3 超级电容器概述
        1.3.1 超级电容器简介
        1.3.2 超级电容器的电极材料
    1.4 直接甲醇燃料电池概述
        1.4.1 直接甲醇燃料电池的组成及工作原理
        1.4.2 直接甲醇燃料电池的阳极催化剂
        1.4.3 直接甲醇燃料电池的催化剂载体
    1.5 腐植酸概述
    1.6 本论文的研究思路及技术路线图
2 实验部分
    2.1 实验药品
    2.2 实验仪器
    2.3 电极的制作方法
    2.4 结构与性能表征
        2.4.1 扫描电子显微镜分析
        2.4.2 透射电子显微镜分析
        2.4.3 X射线衍射分析
        2.4.4 拉曼光谱分析
        2.4.5 氮气吸脱附分析
        2.4.6 X射线光电子能谱分析
        2.4.7 电感耦合等离子体原子发射光谱分析
        2.4.8 电化学性能测试
3 UA-ZIF-67衍生掺氮碳骨架材料的制备与电化学性能研究
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 棕腐酸的提取
        3.2.2 静置法合成UA-ZIF-67
        3.2.3 NCS-1材料的合成
        3.2.4 液相还原法制备PtCo/NCS-1材料
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 UA-ZIF-67模板的制备研究
        3.3.2 Co/NCS-1与NCS-1材料的微观结构
        3.3.3 NCS-1材料的电容性能
        3.3.4 PtCo/NCS-1材料的微观结构与电催化性能
    3.4 本章小结
4 HA-CoFe-ZIF衍生掺氮碳骨架材料的制备与电化学性能研究
    4.1 引言
    4.2 实验部分
        4.2.1 水热法合成HA-CoFe-ZIF
        4.2.2 NCS-2材料的合成
        4.2.3 液相还原法制备PtCoFe/NCS-2材料
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 HA-CoFe-ZIF模板的制备研究
        4.3.2 CoFe/NCS-2与NCS-2材料的微观结构
        4.3.3 NCS-2材料的电容性能
        4.3.4 PtCoFe/NCS-2材料的微观结构与电催化性能
        4.3.5 NCS-1-650和NCS-2-650微观结构和电化学性能比较
    4.4 本章小结
5 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
致谢
参考文献
附录
    攻读硕士期间所发论文和专利
    攻读硕士期间所获奖励

(3)直接甲醇燃料电池阳极催化剂的制备及电催化性能研究(论文提纲范文)

摘要
abstract
1 绪论
    1.1 引言
    1.2 燃料电池概述
        1.2.1 燃料电池的发展历程及现状
        1.2.2 燃料电池的工作原理
        1.2.3 燃料电池的优缺点
    1.3 直接甲醇燃料电池概述
        1.3.1 直接甲醇燃料电池的工作原理
        1.3.2 直接甲醇燃料电池的发展现状
    1.4 直接甲醇燃料电池阳极催化剂的制备方法
        1.4.1 浸渍还原法
        1.4.2 电化学沉积法
        1.4.3 溶胶凝胶法
        1.4.4 沉淀法
        1.4.5 微波法
        1.4.6 其他方法
    1.5 直接甲醇燃料电池阳极催化剂的载体
        1.5.1 碳载体
        1.5.2 其他载体
    1.6 直接甲醇燃料电池的阳极催化剂
    1.7 论文研究内容
2 载体的制备及表征
    2.1 引言
    2.2 实验部分
        2.2.1 实验药品
        2.2.2 实验仪器
        2.2.3 实验方法
    2.3 载体的表征分析
        2.3.1 载体的比表面积表征
        2.3.2 复合载体的X射线衍射表征
        2.3.3 复合载体的红外光谱表征
        2.3.4 复合载体的的扫描电镜表征
        2.3.5 复合载体的透射电镜表征
    2.4 本章小结
3 PtCo-CNT@TiO_2催化剂的制备及其催化甲醇氧化的研究
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 实验药品
        3.2.2 实验仪器
        3.2.3 催化剂的制备
    3.3 催化剂的表征分析
        3.3.1 催化剂的XRD表征
        3.3.2 催化剂的扫描电镜表征
        3.3.3 催化剂的透射电镜表征
    3.4 催化剂的电化学测试
        3.4.1 催化剂在碱性甲醇溶液中的电化学行为
        3.4.2 不同浓度KOH甲醇溶液对催化效果的影响
        3.4.3 金属比例对催化效果的影响
        3.4.4 催化剂的计时电流曲线
        3.4.5 催化温度对催化效果的影响
        3.4.6 扫描速率对催化效果的影响
    3.5 本章小结
4 AuCo-CNT@TiO_2催化剂的制备及其催化甲醇氧化的研究
    4.1 引言
    4.2 实验部分
        4.2.1 实验药品
        4.2.2 实验仪器
        4.2.3 催化剂的制备
    4.3 催化剂的表征分析
        4.3.1 催化剂的X射线衍射仪表征
        4.3.2 催化剂的扫描电镜表征
        4.3.3 催化剂的透射电镜表征
    4.4 催化剂的电化学测试
        4.4.1 金属比例对催化效果的影响
        4.4.2 不同浓度KOH甲醇溶液对催化效果的影响
        4.4.3 催化温度对催化效果的影响
        4.4.4 扫描速率对催化效果的影响
        4.4.5 催化剂的电化学阻抗测试
        4.4.6 催化剂的计时电流曲线
    4.5 本章小结
5 结论
参考文献
致谢

(4)高比功率质子交换膜燃料电池关键材料与技术研究(论文提纲范文)

摘要
abstract
第一章: 绪论
    1.1 燃料电池的发展历史
    1.2 燃料电池的分类
        1.2.1 质子交换膜燃料电池
        1.2.2 碱性燃料电池
        1.2.3 磷酸燃料电池
        1.2.4 高温熔融碳酸盐燃料电池
        1.2.5 固体氧化物燃料电池
        1.2.6 不同电解质类型燃料电池的比较
    1.3 质子交换膜燃料电池与其它电源技术的比较
    1.4 高功率密度质子交换膜燃料电池关键材料研究进展
        1.4.1 质子交换膜研究进展
        1.4.2 催化剂的研究进展
        1.4.3 气体扩散层的研究进展
        1.4.4 双极板的研究进展
    1.5 燃料电池先进制备技术与工艺的进展
    1.6 论文内容
        1.6.1 有序质子导体研究
        1.6.2 高导热,高导电石墨烯基气体扩散层研究
        1.6.3 轻薄、柔性、自密封、一体化塑料双极板研究
    References
第二章 基于高密度、有序的锥形Nafion阵列的高性能质子交换膜燃料电池
    2.1 引言
    2.2 实验部分
        2.2.1 实验试剂与仪器
        2.2.2 锥形质子导体阵列膜的制备
        2.2.3 锥形质子导体阵列膜的清洗
        2.2.4 Pt纳米颗粒的负载与定量
        2.2.5 石墨烯纳米片负载和定量
        2.2.6 质子交换膜燃料电池的制备
        2.2.7 电池测试
    2.3 结果与讨论
        2.3.1 制备有序Nafion阵列的催化剂层
        2.3.2 高性能有序Nafion阵列膜电极
        2.3.3 不同Pt负载量电池性能优
        2.3.4 不同石墨烯纳米片载量电池性能优化
        2.3.5 不同长度Nafion阵列电池性能优化
        2.3.6 锥形Nafion阵列制备电池的优异寿命
    2.4 本章小结
    References
第三章: 基于高比表面积纳米质子导体阵列的高性能质子交换膜燃料电池
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 实验试剂和仪器
        3.2.2 有序质子导体阵列的制备
        3.2.3 有序膜电极集合体(MEA)的制备
        3.2.4 电池测试
        3.2.5 物理表征
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 有序纳米质子导体阵列的制备与表征
        3.3.2 不同长度的AAO模板和相应质子导体阵列的SEM
        3.3.3 不同孔径AAO模板以及相应有序质子导体阵列的SEM
        3.3.4 纳米质子导体阵列的优势分析
        3.3.5 燃料电池性能及分析
    3.4 本章小结
    References
第四章: 双侧有序质子导体阵列研究
    4.1 引言
    4.2 实验部分
        4.2.1 实验试剂和仪器
        4.2.2 有序质子导体阵列的制备
        4.2.3 有序膜电极集合体(MEA)的制备
        4.2.4 电池测试
        4.2.5 物理表征
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 不同形貌有序质子导体制备流程图
        4.3.2 纳米压印条件优化
        4.3.3 不同形貌质子导体阵列的对比
        4.3.4 性能对比与分析
        4.3.5 纳米压印制备双侧质子导体阵列
    4.4 本章小结
    References
第五章: 高导热,高导电石墨烯基气体扩散层研究
    5.1 引言
    5.2 实验部分
        5.2.1 实验试剂和仪器
        5.2.2 碳材料的分散
        5.2.3 石墨烯膜以及碳纳米管膜的激光打孔
        5.2.4 抽滤扩散层
        5.2.5 电池制备
        5.2.6 电池测试
        5.2.7 物理表征
    5.3 结果与讨论
        5.3.1 不同抽滤基底电池性能与分析
        5.3.2 真空吸附辅助激光打标电池性能与分析
        5.3.3 抽滤扩散层各层组分含量调控
        5.3.4 抽滤扩散层总体载量调控
        5.3.5 全电池性能与分析
    5.4 本章小结
    References
第六章: 轻质、柔性、自密封、一体化塑料双极板研究
    6.1 引言
    6.2 实验部分
        6.2.1 实验试剂与仪器
        6.2.2 流场板模具与流场板制备
        6.2.3 流场板的验漏
        6.2.4 流场板气体进出口激光打标
        6.2.5 电池的制备
        6.2.6 电池测试
    6.3 结果与讨论
        6.3.1 波浪状,咬合式密封条流场板
        6.3.2 微米尺寸流道流场板的设计
        6.3.3 激光打孔流场板进出气口通道
        6.3.4 5×10 cm单电池性能优化
        6.3.5 短堆的组装与测试
        6.3.6 热管理
        6.3.7 10片单电池串联短堆
    6.4 本章小结
    References
第七章 总结与展望
    7.1 总结
    7.2 展望
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果

(5)直接甲醇燃料电池低铂催化剂的制备及其电化学性能研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 燃料电池概述
        1.1.1 燃料电池的历史及现状
        1.1.2 燃料电池的种类
    1.2 直接甲醇燃料电池
        1.2.1 氧化机理
        1.2.2 存在的问题与挑战
    1.3 直接甲醇燃料电池阳极催化剂
        1.3.1 低铂合金催化剂
        1.3.2 低铂核壳催化剂
        1.3.3 催化剂载体
    1.4 本课题的选题内容及研究意义
第二章 Ti MN@Pt/NCNTS核壳催化剂的制备及其甲醇电催化性能测试
    2.1 引言
    2.2 实验部分
        2.2.1 主要实验试剂
        2.2.2 主要仪器设备
        2.2.3 实验方法
    2.3 催化剂的表征
        2.3.1 X-射线衍射(XRD)
        2.3.2 透射电子显微镜(TEM)
        2.3.3 扫描透射电子显微镜(STEM)
        2.3.4 电感耦合等离子质谱(ICP-MS)
    2.4 催化剂的电化学测试
        2.4.1 催化剂活性测试
        2.4.2 催化剂稳定性测试
    2.5 结果与讨论
        2.5.1 催化剂样品的表征
        2.5.2 催化剂样品的电化学性能测试
    2.6 本章小结
第三章 PtCu合金催化剂的制备及其甲醇电催化性能测试
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 主要实验试剂
        3.2.2 主要仪器设备
        3.2.3 实验方法
    3.3 催化剂的表征
    3.4 催化剂的电化学测试
        3.4.1 催化剂活性测试
        3.4.2 催化剂稳定性测试
    3.5 结果与讨论
        3.5.1 催化剂样品的表征
        3.5.2 催化剂样品的电化学性能测试
    3.6 本章小结
第四章 PtNi合金催化剂的制备及其甲醇电催化性能测试
    4.1 引言
    4.2 实验部分
        4.2.1 主要实验试剂
        4.2.2 主要仪器设备
        4.2.3 实验方法
    4.3 催化剂的表征
    4.4 催化剂的电化学测试
        4.4.1 催化剂活性测试
        4.4.2 催化剂稳定性测试
    4.5 结果与讨论
        4.5.1 催化剂样品的表征
        4.5.2 催化剂样品的电化学性能测试
    4.6 本章小结
第五章 结论与展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及其他成果
致谢

(6)碳纳米管交联网络复合电极的构筑及其电催化性能的研究(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 引言
    1.2 空气电极简介
        1.2.1 空气电极结构
        1.2.2 空气电极工作原理
    1.3 氧功能电催化剂及反应机理
        1.3.1 氧还原催化剂
        1.3.2 双功能催化剂
        1.3.3 电催化剂的设计策略
    1.4 自支撑空气电极
        1.4.1 金属基底
        1.4.2 碳材料基底
    1.5 本论文选题背景及研究思路
        1.5.1 选题背景
        1.5.2 研究思路
第2章 碳纳米管网络的氮掺杂调控及氧还原催化性能研究
    2.1 引言
    2.2 实验部分
        2.2.1 实验原料与试剂
        2.2.2 电化学剪切法制备缺陷碳纳米管薄膜
        2.2.3 阳极氧化法制备碳纳米管水凝胶
        2.2.4 氮掺杂碳纳米管复合薄膜的制备
        2.2.5 氮掺杂碳/碳纳米管复合薄膜的制备
        2.2.6 材料表征方法
    2.3 缺陷诱导的氮掺杂碳纳米管网络
        2.3.1 电化学剪切法调控缺陷及电化学活性
        2.3.2 氮掺杂缺陷碳纳米管的形貌及结构分析
        2.3.3 氧还原电催化性能研究
    2.4 氮掺杂碳修饰的碳纳米管网络
        2.4.1 阳极氧化法调控碳纳米管薄膜缺陷及电化学活性
        2.4.2 聚苯胺负载的碳纳米管网络形貌及结构分析
        2.4.3 氮掺杂碳修饰碳纳米管薄膜的形貌及结构分析
        2.4.4 氧还原催化性能研究
    2.5 本章小结
第3章 低铂合金锚定碳纳米管的复合网络及其氧还原性能研究
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 实验原料与试剂
        3.2.2 缺陷碳纳米管薄膜的制备
        3.2.3 瞬态焦耳热法制备铂铁合金担载的复合薄膜
        3.2.4 常规管式炉热退火法制备铂铁合金担载的复合薄膜
        3.2.5 柔性纤维锌空气电池的组装
        3.2.6 材料表征方法
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 碳纳米管薄膜中的铁杂质分析
        3.3.2 铂铁合金担载的复合薄膜形貌与结构研究
        3.3.3 碳纳米管网络的缺陷对合金分散性影响
        3.3.4 复合薄膜形成机理分析
        3.3.5 复合薄膜的氧还原电催化性能研究
        3.3.6 复合薄膜的氧还原电催化稳定性研究
        3.3.7 柔性纤维锌空电池性能研究
    3.4 本章小结
第4章 氧化钴/氮掺杂碳纳米管三维网络双功能电极
    4.1 引言
    4.2 实验部分
        4.2.1 反应原料与试剂
        4.2.2 三维碳纳米管气凝胶的制备
        4.2.3 碳纳米管水凝胶的制备
        4.2.4 氧化钴/氮掺杂碳纳米管复合气凝胶的制备
        4.2.5 氮掺杂碳纳米管气凝胶的制备
        4.2.6 氧化钴粉末的制备
        4.2.7 柔性锌空气电池的组装
        4.2.8 表征方法
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 三维碳纳米管网络结构的构筑
        4.3.2 三维复合气凝胶的形貌分析
        4.3.3 复合气凝胶结构分析
        4.3.4 氧还原电催化性能研究
        4.3.5 氧析出电催化性能研究
        4.3.6 三维碳纳米管气凝胶与其他碳基电极载体的对比分析
        4.3.7 复合气凝胶在全固态柔性膜状锌空电池的应用
    4.4 本章小结
第5章 二氧化钛/碳纳米管薄膜光辅助电催化性能研究
    5.1 引言
    5.2 实验部分
        5.2.1 实验原料与试剂
        5.2.2 二氧化钛/碳纳米管复合薄膜的制备
        5.2.3 材料表征方法
    5.3 结果与讨论
        5.3.1 复合薄膜形貌与结构分析
        5.3.2 复合薄膜的光响应电催化性能研究
        5.3.3 协同作用分析
        5.3.4 光响应锌空电池性能研究
    5.4 本章小结
第6章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果

(7)铂基金属纳米材料可控合成及其电催化氧化甲酸及乙醇性能研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 燃料电池概述
        1.2.1 燃料电池简介
        1.2.2 燃料电池分类及应用
        1.2.3 直接液体燃料电池发展及挑战
    1.3 直接甲酸燃料电池
        1.3.1 直接甲酸燃料电池简介
        1.3.2 甲酸氧化机理
        1.3.3 甲酸氧化催化剂
    1.4 直接乙醇燃料电池
        1.4.1 直接乙醇燃料电池简介
        1.4.2 乙醇氧化机理
        1.4.3 乙醇氧化催化剂
    1.5 阳极铂基催化剂
        1.5.1 铂基双金属催化剂
        1.5.2 铂基多金属催化剂
        1.5.3 铂基催化剂形状、基底及3D结构调控
    1.6 本论文主要研究内容及意义
        1.6.1 研究背景
        1.6.2 主要内容及意义
第二章 实验方法及设备
    2.1 纳米材料合成方法及实验试剂、仪器
        2.1.1 合成方法
        2.1.2 实验试剂和仪器
    2.2 纳米材料表征
        2.2.1 透射电子显微镜(TEM)
        2.2.2 X-射线衍射(XRD)
        2.2.3 X-射线光电子能谱仪(XPS)
        2.2.4 傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)
    2.3 电化学表征
第三章 钌核有序度对Ru@Pt核壳结构纳米颗粒电催化氧化甲酸及乙醇的影响
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 负载在碳纳米管(CNTs)上的金属纳米材料制备
        3.2.2 材料表征
        3.2.3 电化学测试
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 纳米材料形貌及结构表征
        3.3.2 电化学分析
    3.4 本章小结
第四章 复合结构三金属Ru@AuPt纳米材料在电催化氧化甲酸及乙醇中的应用
    4.1 引言
    4.2 实验部分
        4.2.1 负载在碳纳米管(CNTs)上的金属纳米材料制备
        4.2.2 材料表征
        4.2.3 电化学测试
    4.3 分析与结论
        4.3.1 物理结构及化学态表征
        4.3.2 电化学分析
    4.4 本章小结
结论和展望
参考文献
攻读硕士学位期间取得的研究成果
致谢
附件

(8)热解金属卟啉用于电催化氧还原的研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 聚合物电解质膜燃料电池
        1.1.1 工作原理
        1.1.2 阴极侧氧还原反应机理
    1.2 阴极侧氧还原电催化剂的研究
        1.2.1 铂基电催化剂
        1.2.2 非金属电催化剂
        1.2.3 金属碳化物、氮化物、氧化物
        1.2.4 金属-氮-碳材料
    1.3 金属卟啉基阴极侧氧还原电催化剂的研究
        1.3.1 金属卟啉化合物的简介
        1.3.2 金属卟啉基材料的设计
        1.3.3 金属卟啉基电催化剂的研究进展
    1.4 本论文的选题和研究思路
2 实验部分
    2.1 实验所需相关原料及试剂
    2.2 金属卟啉基电催化剂材料的制备
    2.3 电催化剂材料的表征测试
        2.3.1 透射电子显微镜分析
        2.3.2 X射线衍射分析
        2.3.3 氮气物理吸脱附法
        2.3.4 热重分析
        2.3.5 紫外可见光谱分析
        2.3.6 傅氏转换红外线光谱分析
        2.3.7 拉曼光谱分析
        2.3.8 X射线光电子能谱分析
    2.4 电催化剂材料的电化学测试
        2.4.1 电化学测试准备
        2.4.2 电催化的循环伏安及线性扫描测试
        2.4.3 旋转环盘电极测试
        2.4.4 加速老化测试
        2.4.5 毒化实验
3 水热驱动自组装电催化剂的合成及其电催化性能研究
    3.1 引言
    3.2 热解碳载血晶素电催化剂的合成
    3.3 水热驱动自组装制备条件的调控
        3.3.1 电催化剂的热处理温度调控
        3.3.2 电催化剂的水热变量调控
        3.3.3 电催化剂的自组装变量调控
    3.4 水热驱动自组装电催化剂性能的研究
        3.4.1 电催化剂的结构分析
        3.4.2 电催化剂的氧还原活性
        3.4.3 电催化剂的电子转移数
        3.4.4 电催化剂的耐久性
        3.4.5 电催化剂的抗毒化性
        3.4.6 电催化剂相关活性位的讨论
    3.5 本章小结
4 海绵状非贵金属电催化剂的合成及其电催化性能的研究
    4.1 引言
    4.2 海绵状非贵金属电催化剂的合成
        4.2.1 聚苯乙烯纳米球的制备
        4.2.2 海绵状非贵金属电催化剂的合成
    4.3 制备条件对电催化剂性能的影响
        4.3.1 金属卟啉担载量的调控
        4.3.2 热处理温度的调控
    4.4 海绵状非贵金属电催化剂性能的研究
        4.4.1 电催化剂的结构分析
        4.4.2 电催化剂的氧还原活性
        4.4.3 电催化剂的电子转移数
        4.4.4 电催化剂的耐久性
        4.4.5 电催化剂的抗毒化性
        4.4.6 电催化剂活性位的讨论
    4.5 本章小结
5 结论与展望
    5.1 主要结论
    5.2 创新点
    5.3 展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢

(9)基于二维纳米材料MXene的燃料电池关键部件研究(论文提纲范文)

致谢
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 二维纳米材料MXene简介
        1.2.1 MXene概述
        1.2.2 MXene的研究背景
        1.2.3 MXene的应用现状
    1.3 燃料电池
        1.3.1 燃料电池简介
        1.3.2 燃料电池工作原理及分类
    1.4 质子交换膜燃料电池
        1.4.1 质子交换膜燃料电池概述
        1.4.2 质子交换膜燃料电池研究现状
    1.5 碱性阴离子交换膜燃料电池
        1.5.1 碱性阴离子交换膜燃料电池的研究现状
        1.5.2 碱性阴离子交换膜燃料电池概述
    1.6 论文选题意义和设计思路
        1.6.1 论文选题意义
        1.6.2 论文设计思路
第二章 QPSU/MXene复合电解质膜的研究
    2.1 引言
    2.2 实验部分
        2.2.1 实验试剂
        2.2.2 实验仪器
        2.2.3 实验流程
        2.2.4 性能表征
    2.3 实验结果分析
        2.3.1 核磁共振分析
        2.3.2 红外光谱分析
        2.3.3 X射线衍射分析
        2.3.4 X射线能谱分析
        2.3.5 扫描电子显微观测分析
        2.3.6 吸水率、机械性能、热重分析和电导率结果分析
        2.3.7 单电池输出性能分析
    2.4 本章结论
第三章 碳纳米管和MXene复合载体负载铂纳米颗粒催化剂的研究
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 实验试剂
        3.2.2 实验仪器
        3.2.3 实验流程
        3.2.4 结构和性能表征
    3.3 实验结果分析
        3.3.1 XRD分析
        3.3.2 比表面积分析
        3.3.3 X射线光电子能谱分析
        3.3.4 微观形貌分析
        3.3.5 循环伏安曲线分析
        3.3.6 线性伏安曲线分析
        3.3.7 质量比活性(MA)和比活性(SA)分析
        3.3.8 稳定性分析
    3.4 本章结论
第四章 碳纳米管和MXene复合载体负载铂纳米线催化剂的研究
    4.1 引言
    4.2 实验部分
        4.2.1 实验试剂
        4.2.2 实验仪器
        4.2.3 实验流程
        4.2.4 性能表征
    4.3 实验结果分析
        4.3.1 物相分析
        4.3.2 微观形貌分析
        4.3.3 X射线光电子能谱分析
        4.3.4 循环伏安曲线分析
        4.3.5 线性伏安曲线分析
        4.3.6 质量比活性(MA)和比活性(SA)分析
    4.4 本章结论
第五章 全文总结与展望
    5.1 全文总结
    5.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况

(10)低铂载量膜电极的原位制备与快速动态响应膜电极的制备与研究(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 燃料电池技术
    1.2 燃料电池技术面临的困难和挑战
    1.3 质子交换膜燃料电池催化剂及膜电极的重要性及国内外研究现状
        1.3.1 质子交换膜燃料电池催化剂的重要性和研究进展
        1.3.2 质子交换膜燃料电池膜电极的重要性和研究进展
        1.3.3 燃料电池动态响应系统的研究进展
    1.4 燃料电池新型电解质膜的国内外研究现状
    1.5 本课题的研究意义、内容和目标
第二章 实验设计与表征方法
    2.1 主要仪器及试剂
        2.1.1 主要仪器
        2.1.2 实验相关材料与化学用品
    2.2 实验方法
    2.3 催化剂物相、形貌和结构表征
        2.3.1 X-射线衍射(XRD)
        2.3.2 扫描电子显微镜和透射电子显微镜(SEM/TEM)形貌表征
        2.3.3 X-射线光电子能谱(XPS)
        2.3.4 电化学交流阻抗测试(EIS)
        2.3.5 循环伏安测试(CV)
第三章 脉冲电沉积技术原位制备Ir@Pt低Pt载量膜电极用于质子交换膜燃料电池阳极的研究
    3.1 引言
    3.2 实验部分
    3.3 结果与讨论
    3.4 本章小结
第四章 脉冲电沉积技术原位制备Ir@Pt超低Pt载量膜电极用于质子交换膜燃料电池阴极的研究
    4.1 引言
    4.2 实验部分
    4.3 结果与讨论
    4.4 本章小结
第五章 脉冲电沉积制备Pd@Pt超低Pt载量膜电极用于质子交换膜燃料电池阴极和阳极的研究
    5.1 引言
    5.2 实验部分
    5.3 结果与讨论
    5.4 本章小结
第六章 新型polyvinyl butyral-CsH_2PO_4复合电解质膜用于固体酸燃料电池的研究
    6.1 引言
    6.2 实验部分
    6.3 结果与讨论
    6.4 本章小结
第七章 快速动态响应膜电极的制备和研究
    7.1 引言
    7.2 实验部分
    7.3 结果与讨论
    7.4 本章小结
第八章 总结与展望
参考文献
攻读博士学位期间取得的研究成果
致谢
附件

四、Fabrication of Pt deposited on carbon nanotubes and performance of its polymer electrolyte membrane fuel cells(论文参考文献)

  • [1]煤基掺氮碳纳米管负载铂基催化剂及其电催化性能研究[D]. 吴长清. 西安科技大学, 2021(02)
  • [2]腐植酸片基ZIFs衍生掺氮碳骨架材料的制备与电化学性能[D]. 贺凡. 西安科技大学, 2021(02)
  • [3]直接甲醇燃料电池阳极催化剂的制备及电催化性能研究[D]. 毛慧杰. 中北大学, 2021(09)
  • [4]高比功率质子交换膜燃料电池关键材料与技术研究[D]. 宁凡迪. 中国科学技术大学, 2021(09)
  • [5]直接甲醇燃料电池低铂催化剂的制备及其电化学性能研究[D]. 张健. 广东工业大学, 2020(02)
  • [6]碳纳米管交联网络复合电极的构筑及其电催化性能的研究[D]. 曾沙. 中国科学技术大学, 2019(02)
  • [7]铂基金属纳米材料可控合成及其电催化氧化甲酸及乙醇性能研究[D]. 邹家穗. 华南理工大学, 2019(01)
  • [8]热解金属卟啉用于电催化氧还原的研究[D]. 申珅. 大连理工大学, 2019(02)
  • [9]基于二维纳米材料MXene的燃料电池关键部件研究[D]. 张小乐. 合肥工业大学, 2019(02)
  • [10]低铂载量膜电极的原位制备与快速动态响应膜电极的制备与研究[D]. 党岱. 华南理工大学, 2017(06)

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Pt沉积在碳纳米管上的制备及其聚合物电解质膜燃料电池的性能
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