论文部分内容阅读
阴离子交换膜燃料电池(AEMFCs)具有清洁、高能量转换效率的优点,而开发碱性条件下高活性的氢气氧化反应(HOR)催化剂是提高其功率密度、降低成本,并走向商业化的关键。制备合金是提升催化剂活性的有效方法。本论文通过简单的共还原湿化学法合成了具有不同组成的HOR合金催化剂,通过旋转圆盘电极方法在室温下研究了其组成对于活性的影响,并进一步研究了催化剂活性的温度依赖性,预测了合金催化剂在阴离子交换膜燃料电池工作温度下的性能。具体内容如下:
1.合成了单金属Pt/C、Ir/C及其镍基双金属PtNi/C、IrNi/C四种催化剂,研究了过渡金属Ni的加入对Pt和Ir催化剂的HOR活性以及温度依赖性的影响。结果表明相比于单金属催化剂,过渡金属Ni的加入提高了面积活性,并降低了表观活化能(Ea)与指前因子(A),这与贵金属的种类无关。阿伦尼乌斯图得到的AEMFCs的工作温度(80℃)下四种催化剂的活性顺序与25℃时相比没有发生改变,只是差距缩小。无论室温还是高温下,PtNi/C的HOR活性均具有优势。
2.合成了PtM(M=Ni,Co,Fe,Cu,Cr,Mo和Ru)合金催化剂,研究了不同种类的过渡金属对Pt催化剂的活性和温度依赖性的影响。结果表明由于引入的过渡金属降低了催化剂的氢结合能(HBE),PtM合金在室温下显示出改善的HOR活性。尽管在AEMFCs的工作温度下(即80℃)合金的增强作用不如室温下明显,但PtFe/C和PtCo/C的HOR活性比Pt/C更好,这对制造高性能AEMFCs具有潜在的应用前景。此外,计算出的催化剂的A和Ea具有线性关系,符合Meyer-Neldel规则。因此,具有高A和低Ea的理想型催化剂可能并不存在。
3.合成了PtNi-1/0.1/C、PtNi-1/0.3/C、PtNi-1/3/C催化剂,探究了不同的铂镍比对催化剂的温度依赖性影响。结果表明,三种催化剂具有不同的HOR活性,Ea的变化并不大,而A的变化率更大些。对于PtNi-1/0.1/C和PtNi-1/0.3/C催化剂,当Ea相差不大时,A的高低会对HOR活性起到重要作用。而对于PtNi-1/0.3/C和PtNi-1/3/C催化剂,当Ea有差距时,其会对HOR活性起到比A更大的作用。因此在研究反应速率的温度依赖性时,Ea与A都应该考虑到,二者共同影响催化剂的活性。
1.合成了单金属Pt/C、Ir/C及其镍基双金属PtNi/C、IrNi/C四种催化剂,研究了过渡金属Ni的加入对Pt和Ir催化剂的HOR活性以及温度依赖性的影响。结果表明相比于单金属催化剂,过渡金属Ni的加入提高了面积活性,并降低了表观活化能(Ea)与指前因子(A),这与贵金属的种类无关。阿伦尼乌斯图得到的AEMFCs的工作温度(80℃)下四种催化剂的活性顺序与25℃时相比没有发生改变,只是差距缩小。无论室温还是高温下,PtNi/C的HOR活性均具有优势。
2.合成了PtM(M=Ni,Co,Fe,Cu,Cr,Mo和Ru)合金催化剂,研究了不同种类的过渡金属对Pt催化剂的活性和温度依赖性的影响。结果表明由于引入的过渡金属降低了催化剂的氢结合能(HBE),PtM合金在室温下显示出改善的HOR活性。尽管在AEMFCs的工作温度下(即80℃)合金的增强作用不如室温下明显,但PtFe/C和PtCo/C的HOR活性比Pt/C更好,这对制造高性能AEMFCs具有潜在的应用前景。此外,计算出的催化剂的A和Ea具有线性关系,符合Meyer-Neldel规则。因此,具有高A和低Ea的理想型催化剂可能并不存在。
3.合成了PtNi-1/0.1/C、PtNi-1/0.3/C、PtNi-1/3/C催化剂,探究了不同的铂镍比对催化剂的温度依赖性影响。结果表明,三种催化剂具有不同的HOR活性,Ea的变化并不大,而A的变化率更大些。对于PtNi-1/0.1/C和PtNi-1/0.3/C催化剂,当Ea相差不大时,A的高低会对HOR活性起到重要作用。而对于PtNi-1/0.3/C和PtNi-1/3/C催化剂,当Ea有差距时,其会对HOR活性起到比A更大的作用。因此在研究反应速率的温度依赖性时,Ea与A都应该考虑到,二者共同影响催化剂的活性。