碳納米管與三維立體電極的制備及在燃料電池中的應用.pdf

1、直接甲醇燃料電池（DMFC）作為一種不經過燃燒而直接以電化學的方式將燃料的化學能轉化為電能的發(fā)電裝置，在汽車、便攜式電源和發(fā)電站等領域有廣闊的應用前景。然而甲醇燃料電池目前面臨陽極催化劑活性低、抗中毒能力差、醇類分子滲透和制備工藝復雜且性能不高等問題。本文以綜合解決DMFC目前存在的主要技術問題為目標，采用簡單易行的浮動法在石英玻璃上制備碳納米管陣列，摸索制備碳納米管的生長條件和除雜方法；然后改用碳紙作為基底，在其上直接生長碳納米管作為

2、催化劑的載體，Pt負載其表面，制備出三維立體化（3-dimensional，3-D）燃料電池電極，研究了其對甲醇的電催化活性，并與商業(yè)化的催化劑進行了對比。
　　主要研究工作如下：
　　1.以二甲苯為碳源，二茂鐵為催化劑，石英為基底，采用浮動催化化學氣相沉積法(CVD)在管式爐中制備碳納米管陣列，研究碳納米管陣列的生長機制，發(fā)現(xiàn)其符合底部生長機制；討論了二甲苯和二茂鐵前驅體溶液進液速率及后處理反應時間對碳納米管陣列形貌和結構

3、的影響，并通過SEM、TEM、EDX、XRD和Raman表征。研究結果表明，陣列中的碳納米管為多壁碳納米管，有較好的形貌，產物平直，管徑較為均勻且分布集中，多在20～50nm范圍內，且石墨化程度較高，產物中含有C、Fe、O三種元素。
　　2.以碳紙為基底，采用同樣的方法在碳紙上生長碳納米管，討論了二甲苯和二茂鐵前驅體溶液進液速率及后處理反應時間對CNTs/CP形貌和結構的影響；為制備3-D電極，CNTs/CP進行了包括氣相氧化去除

4、無定形碳、鹽酸去除殘余金屬元素和混合酸表面功能化等一系列處理，并重點討論了氣相氧化去除無定形碳的最佳溫度，最終采用高溫裂解還原法成功使Pt負載于碳納米管的表面，3-D電極(Pt/CNTs/CP)制備成功。
　　3.3-D電極對甲醇進行CV測試，結果表明，碳納米管因其獨特的結構及電化學性能，故能對甲醇產生微弱的催化作用；而自制Pt/CNTs/CP電極(3-D電極)對甲醇的催化活性表現(xiàn)出了對商業(yè)化催化劑制備出的Pt/C/CP電極更高的