直接硼氫化鈉燃料電池Au基陽極催化劑的制備及性能研究.pdf

1、燃料電池作為一種將燃料的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置,由于具有靈活多變性、高效、清潔、低噪聲以及高可靠性等優(yōu)點(diǎn),成為新能源開發(fā)的研究熱點(diǎn)之一。其中,以硼氫化鈉(NaBH4)堿性溶液為燃料的直接硼氫化鈉燃料電池(DBFC)具有無毒、易儲(chǔ)存、高的理論功率密度(9.3 Wh g-1)和高的電壓(1.6 V)等優(yōu)點(diǎn),而受到了研究者的廣泛關(guān)注。從BH4-氧化方程式可以看出,一個(gè)BH4-氧化最多可以轉(zhuǎn)移8個(gè)電子,而研究表明,Au催化劑能實(shí)現(xiàn) BH4-

2、接近8電子的電氧化過程,其它多數(shù)金屬催化劑卻難以實(shí)現(xiàn)。但是,由于硼氫化物在 Au表面的過電位較大和動(dòng)力學(xué)慢,因而Au對硼氫化物的催化活性并不令人滿意,并且Au價(jià)格昂貴,因此改進(jìn)Au催化劑的制備方法和合成具有高催化活性的Au基非貴金屬合金,成為DBFC研究的關(guān)鍵。
　　本論文以檸檬酸鈉為保護(hù)劑,制備出碳載粒徑為3.0±0.5 nm的納米Au粒子,并研究了其對硼氫化鈉的電催化活性。通過基本的電化學(xué)性能測試可以知道,碳載3.0±0.5

3、nm的納米Au粒子催化劑對硼氫化鈉的電催化活性得到了明顯的提高,催化動(dòng)力學(xué)也有所改進(jìn)。BH4-在碳載納米 Au粒子電極上是一種典型的不可逆電子傳遞反應(yīng),且該催化氧化反應(yīng)受擴(kuò)散控制,反應(yīng)過程電子利用數(shù)為7.6。以碳載3.0±0.5 nm的納米Au粒子作為DBFC陽極催化劑獲得了高的功率密度。同時(shí),研究了溫度對DBFC電池性能的影響,結(jié)果表明隨著溫度的升高功率密度增大,同時(shí)BH4-的水解程度也增大。
　　另外,研究了碳載納米Au-Co

4、和Au-Zn合金催化劑的催化性能。AuCo的最佳原子比例為45:55,AuZn的最佳原子比例為2:1。循環(huán)伏安、計(jì)時(shí)電位等電化學(xué)測試結(jié)果表明Au-Zn/C、Au-Co/C催化劑對硼氫化鈉氧化催化動(dòng)力學(xué)明顯優(yōu)于Au/C。在20℃下,以Au45Co55/C為陽極催化劑,在電流密度為85 mA cm-2獲得的最大功率密度為66.5 mW cm-2。Au-Zn/C催化劑對BH4-沒有催化水解作用,電化學(xué)催化機(jī)理和Au/C一樣,因此 Au-Zn/