【摘 要】
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燃料电池是一种高效的电能转换装置,它可以将燃料中的化学能直接转换为电能而无需燃烧,是未来首推的绿色能源装置。利用NaBH4作为燃料的直接硼氢化钠燃料电池(DBFC),具备电压高(3.01 V)和比能量大(9.3 Wh g-1)等优点,而且NaBH4相比于其他燃料(如:氢气、甲醇和乙醇等),其更容易运输和储藏,这是因为NaBH4在常温状态下为固体。然而,NaBH4电氧化反应所使用的材料大多数都为贵金
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燃料电池是一种高效的电能转换装置,它可以将燃料中的化学能直接转换为电能而无需燃烧,是未来首推的绿色能源装置。利用NaBH4作为燃料的直接硼氢化钠燃料电池(DBFC),具备电压高(3.01 V)和比能量大(9.3 Wh g-1)等优点,而且NaBH4相比于其他燃料(如:氢气、甲醇和乙醇等),其更容易运输和储藏,这是因为NaBH4在常温状态下为固体。然而,NaBH4电氧化反应所使用的材料大多数都为贵金属(Pt、Au等),而贵金属的价格比较昂贵,这将会导致DBFC的制作费用增加,从而限制其大规模的使用。因此,需要开发出价格低廉并且还拥有高催化性能的催化剂材料。对于DBFC存在的问题,本论文通过合成出Au-Sn/C、Pd-Sn/C和新型的生物质活性碳载体(A-LZC)载Pd催化剂(Pd/A-LZC),并研究它们对BH4-电氧化的催化性能。主要研究内容如下所示:(1)使用浸渍还原法合成出Au/C和Au-Sn/C催化剂,并通过XRD、TEM检测Au/C和Au-Sn/C催化剂材料的形貌和晶型。XRD测试数据显示,Au/C、Au85Sn15/C、Au70Sn30/C和Au50Sn50/C纳米粒子的平均粒径分别为4.4 nm、4.2 nm、3.8 nm和4.1 nm。经过一系列的电化学测试,检测了Au/C和Au-Sn/C催化剂对BH4-电氧化的性能。实验结果显示,向Au中掺入Sn时,可以增强Au对BH4-电氧化的性能,并且Au70Sn30/C拥有最优异的电催化活性。(2)通过不断调节Pd与Sn的摩尔量,在水相体系中采用浸渍还原法合成了Pd/C和Pd-Sn/C。然后通过一系列电化学测试,分别比较了Pd/C和Pd-Sn/C对BH4-电氧化的催化性能。测试结果表明,利用Sn作为助催化剂不仅能减少Pd的使用量,而且Pd-Sn对BH4-电氧化性能也要明显高于Pd。最后使用RDE测试,得到BH4-在Pd/C、Pd75Sn25/C、Pd50Sn50/C和Pd25Sn75/C电极上转移的电子数,分别为3.7、3.8、3.9和3.8。(3)通过使用干净的莲子作为碳源,在高温管式炉中进行煅烧处理,制备出生物质碳材料。然后将生物质碳与KOH充分混合,并再次进行高温煅烧处理,得到A-LZC,最后使用浸渍还原法合成出了Pd/C和Pd/A-LZC催化剂材料。通过XRD、TEM检测了催化剂材料的外形、大小和晶型。XRD测试数据显示,Pd/C和Pd/A-LZC纳米材料的粒径分别是4.1 nm和4.0 nm。通过电化学表征,分别研究了Pd/C和Pd/A-LZC对BH4-电氧化的催化活性,实验结果表明,Pd/A-LZC催化剂的催化性能要高于Pd/C。
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