论文部分内容阅读
能源和环境问题是目前各国关注的焦点,自然资源被大量消耗,环境污染日益严重,因此开发清洁新能源成为研究的重点。DMFC(甲醇燃料电池)作为洁净能源之一,具有操作温度低、噪音低、清洁环保、能量密度高等优点,是比较理想的移动电源和固定小型电站,被广泛研究。Pt基催化剂目前被认为是DMFC中活性最好的催化剂,但Pt等贵金属,易被CO中间体毒化,催化稳定性不足,且储量少,价格昂贵,阻碍了DMFC的商业化。因此,研究和开发高活性、低成本、稳定性好的阳极电催化剂成为DMFC商业化的关键。非晶态合金原子排列长程无序,其表面原子具有配位不饱和度高、键位密度大等特点,十分有利于反应分子的配位吸附,被认为是一种高活性、高稳定性的催化材料。系统性的研究Ni基非晶态纳米材料甲醇电催化氧化的性能较为缺乏。为此,本文将采用化学还原法制备不同Ni/B原子比的非晶态纳米粒子,系统探讨不同B含量的Ni-B非晶态合金对甲醇电催化氧化性能的影响。研究结果如下:物理表征结果为:本研究所制Ni-B合金样品属非晶结构,形貌为球形,粒径约为20 nm,轻微团聚。DSC结果表明,随着Ni-B合金中B含量的增大,放热峰的温度先升高后降低,Ni1B4晶化温度最高,热稳定性最佳。XPS分析表明,氧元素的含量随B的增加先减少后增多,Ni1B3非晶态催化剂的抗氧化性能最佳。B1s的电子结合能相对于B单质的标准结合能稍有增加,表明合金中B失去部分电子,而Ni电子结合能降低,富余电子,在Ni-B非晶态合金中主要成分是Ni2B。另外,合金表面B/Ni的比值小于投入的B/Ni,但随着B含量的增加总体呈现升高的趋势。电化学测试结果为:Ni-B非晶态纳米合金对甲醇电氧化具有显著的催化作用,不同催化剂在不同甲醇浓度1.0 M NaOH+x M CH3OH电解液中,都在1.0 M NaOH+1.0 M CH3OH中峰电流最高,催化活性最好。随B比例的增加,Ni-B非晶态纳米合金催化活性先升高后降低,其中Ni1B4的氧化峰电流最高,催化活性最好。反应级数各不相同,但差别不大。Tafel斜率b相差不大,但Tafel截距a随着B含量的增加先减小后增大,Ni1B4的a值最小。相同原子比的Ni-B非晶态纳米合金随着甲醇浓度的增大,反应电阻先减小后增大,在1.0 M NaOH+1.0 M CH3OH中的阻值最小,其中Ni1B4的阻值最小,为22.63Ω。计时电流测试结果表明,不同原子比的Ni-B非晶态纳米合金反应初始都受甲醇氧化中间产物的影响电流快速降低,一段时间后保持稳定,显示出一定的抗CO中毒能力,Ni1B4的抗CO中毒能力较高。在不同原子比的Ni-B非晶态纳米合金上,甲醇电氧化属扩散-动力学联合控制。反应活化能约为15.42 KJ。