论文部分内容阅读
近年来,随着全球能源危机的加剧,提高能源利用率成为研究的主要课题。直接液体燃料电池(direct liquid fuel cells, DLFCs)由于其绿色清洁和高效受到研究者的广泛关注。其中,燃料和催化剂是直接液体燃料电池的主要研究内容。之前对燃料的研究主要集中于单一燃料体系,如直接甲醇燃料电池(DMFCs)、直接甲酸燃料电池(DFAFCs)等；而对催化剂的研究则集中于催化剂的种类、形貌、载体的种类等对其催化氧化活性的影响,但二者均尚未涉及混合燃料体系和采用阴离子增强氧化活性的方法。本实验室之前的研究工作发现,新型燃料体系-直接甲酸-甲酸盐混合燃料体系比单一的燃料表现出更好的氧化活性。但由于研究时体系的燃料浓度逐渐增大,这给判断影响氧化性能的影响因素带来困难。本论文通过保持甲酸-甲酸钠的总浓度不变,改变甲酸/甲酸钠比例的方法,对影响混合燃料体系氧化活性的因素进行了研究；此外,还采用Pt盘电极研究了催化剂的尺寸效应,确定了适宜的甲酸/甲酸钠比例,并对适宜比例出现的原因进行了分析；最后,对适合甲酸-甲酸钠混合燃料体系的新型催化剂进行了探讨。本论文在确定甲酸-甲酸钠混合体系的比例及改进催化剂性能等方面开展了开创性工作。实验研究具有原始创新性。论文得到如下研究结论：(1)通过保持甲酸-甲酸钠的总浓度不变,改变甲酸/甲酸钠比例的方法,研究了影响混合燃料体系氧化活性的因素。研究表明,随甲酸钠浓度的增大,混合燃料体系的氧化活性逐渐增强；溶液的电导率,pH,溶液中甲酸/甲酸钠的比例,溶液的离子强度及氧化机理都会影响体系的氧化性能,其中,[HCOO-]和pH是主要影响因素。(2)以Pt盘电极为工作电极,研究了混合燃料体系中甲酸/甲酸钠的最佳比例。研究表明,随HCOONa浓度的增大,混合燃料体系的氧化活性呈现先增大后减小的趋势,氧化活性最高的是比例为0.05mol·dm-3HCOOH-0.95mol·dm-3HCOONa的混合溶液。该研究还发现Pt催化剂的尺寸效应比较明显,在纳米Pt表面甲酸更容易按直接氧化机理氧化。(3)对适合甲酸-甲酸钠混合燃料体系的催化剂进行了研究。分别制备了Pt/CNTs、PtRu/CNTs和PtSn/CNTs催化剂,对其在不同甲酸-甲酸钠混合溶液中的催化活性进行了测试。研究发现,在所制备的催化剂中,PtRu/CNTs催化剂的催化活性最高,而且在0.2mol·dm-3HCOOH-0.8mol·dm-3HCOONa混合溶液中,催化活性最高,这主要是受Ru与Pt的双功能机理和PtRu/CNTs催化剂晶粒大小的影响。