直接液體燃料電池電催化劑的制備和性能研究.pdf

1、直接液體燃料電池是以液體（如甲醇、乙醇和甲酸等）為燃料的一種能量轉(zhuǎn)換裝置，因其具有高能量轉(zhuǎn)換效率、燃料易于儲存和運輸、低溫運行、組裝簡單等優(yōu)點，受到了廣泛的關(guān)注和研究，是未來便攜式電子裝置電源的首選。但是直接液體燃料電池商業(yè)化過程受到了阻礙，其中電極材料中催化劑的成本高及性能低是阻礙其商業(yè)化的重要原因之一。本論文以制備價格低廉、高性能的催化劑為目標，開發(fā)了新型的摻氮碳材料及其復(fù)合物，并應(yīng)用于電催化氧還原(ORR)和甲酸氧化研究。本論文的

2、主要工作如下:
　　 (1)以硝酸銅為金屬源、苯胺為氮源和碳源，通過高溫熱解制備了摻氮碳載金屬銅(Cu/N-C)納米材料。采用掃描電子顯微鏡和能量散射光譜分別對Cu/N-C材料的形貌和元素組成進行了表征。采用循環(huán)伏安法和線性掃描伏安法對Cu/N-C修飾的旋轉(zhuǎn)圓盤電極在酸性條件下電催化ORR性能進行了研究。研究表明，Cu/N-C催化劑具有較好的催化ORR活性;與商業(yè)E-TEK Pt/C催化劑相比，具有優(yōu)越的抗甲醇性能和較好的穩(wěn)定性

3、。
　　 (2)通過高溫碳化ZIF-8納米顆粒制備了氮摻雜介孔碳(N-MCs)。采用掃描電子顯微鏡和比表面分析儀對N-MCs材料進行了表征，結(jié)果顯示N-MCs具有均一的形貌、高的比表面積(1960 m2 g-1)和窄的孔徑分布（集中在3.6 nm左右）。采用循環(huán)伏安法、線性掃描伏安法和計時電流法對N-MCs修飾的旋轉(zhuǎn)圓盤電極在堿性條件下電催化ORR的性能進行了研究。與商業(yè)E-TEK Pt/C催化劑相比，N-MCs催化劑具有優(yōu)越的

4、催化ORR活性、長期穩(wěn)定性和抗甲醇性能。通過進一步的動力學研究表明，N-MCs電催化氧還原過程以四電子過程為主。
　　 (3)以N-MCs為載體，通過硼氫化鈉還原的方法，制備了N-MCs負載Pd納米顆粒(Pd/N-MCs)的復(fù)合催化劑。采尉透射電子顯微鏡和能量散射光譜對催化劑的形貌和元素組成進行了表征。結(jié)果表明，Pd NPs比較均勻地分散在N-MCs表面。采用循環(huán)伏安法和計時電流法對Pd/N-MCs修飾的玻碳電極電催化甲酸氧化的