贵金属纳米复合材料应用于DBFC阳极催化剂的研究

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直接硼氢化钠燃料电池(DBFC)是一种将硼氢化钠作为燃料,输出电能的能量转化装置。它具有高的理论开路电位(3.01 V)和高的理论比能量(9300 Wh kg-1),是一种环境友好、可再生的清洁能源。DBFC在航天设备、公共交通、便携设备等领域有着深远的应用前景。近年来DBFC受到了广泛关注,而DBFC的性能主要由阳极催化剂决定,因此DBFC阳极催化剂的研究成为了研究重点。诸如Pt、Pd、Au等贵金属是DBFC常用的阳极催化剂,但由于成本问题,DBFC的商业化严重受限。因此需要对催化剂进行改性研究,提升催化剂的性能,从而降低催化剂成本。本论文采用掺杂方式对贵金属催化剂进行改性,设计并制备了三种DBFC阳极催化剂。所制备的催化剂用扫描电子显微镜(SEM),透射电子显微镜(TEM),X射线衍射(XRD)等进行了形貌和结构上的表征。催化剂的性能通过循环伏安法(CV)、计时电位法(CP)、计时电流法(CA)、线性扫描伏安法(LSV)等电化学测试方法进行测试。主要研究内容如下:1、采用两步法制备了系列Au/Ni(OH)2/C催化剂。Au纳米粒子分散生长在碳材料上和直径为数百纳米的碳载Ni(OH)2纳米球上。研究结果表明:Ni(OH)2的掺入有效提升了催化剂的性能。其中Au(50)/Ni(OH)2(50)/C表现出了最佳的催化活性,在CV测试中,BH4-电氧化的峰值电流达33.4 mA cm-2,而Au/C电极仅为22.8 mA cm-2。2、采用两步法制备了系列Pt/Ni(OH)2/C催化剂。Pt纳米粒子分散生长在碳材料上和直径为数百纳米的碳载Ni(OH)2纳米球上。研究结果表明:Ni(OH)2的掺入有效提升了催化剂的性能,同时也发现Ni(OH)2对BH4-的水解有抑制作用。其中Pt(50)/Ni(OH)2(50)/C表现出了最佳的催化活性,在CV测试中,BH4-电氧化的峰值电流达32.8 mA cm-2,而Pt/C电极仅为18.3 mA cm-2。3、采用两步法制备了系列Co(OH)2@Au/C催化剂。在Co(OH)2粒子表面包覆Au层形成核壳结构的纳米粒子分散在碳材料。研究结果表明:核壳结构的形成提升了Au的活性面积,提升了催化剂的活性。其中Co(OH)2(50)@Au(50)/C表现出了最佳的催化活性,在CV测试中,BH4-电氧化的峰值电流达50.3 mA cm-2
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