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高性能氢气传感器是氢能广泛应用的前提与保障。新型热电薄膜氢气传感器由于具有结构简单、启动温度低、选择性好等优点而备受关注。催化剂作为热电薄膜氢气传感器中最重要的组成部分,直接决定了传感器的氢敏性、选择性、寿命等特性。本文以Pt为活性组分,分别以γ-Al2O3-CNT、ACC以及γ-Al2O3为载体,采用三种制备方法获得了不同的催化剂,系统地研究了负载量、还原时间、还原温度等因素对催化剂性能的影响,并将催化剂与热电层结合,考察了传感器的综合性能。研究发现:
□以γ-Al2O3-CNT为载体,采用胶体法制备Pt/γ-Al2O3-CNT催化剂,利用BET对催化剂孔结构进行了表征。碳纳米管的掺杂有效地改善了催化剂的活性,但由于受焙烧温度的限制,催化剂在室温下活性不佳。
2、以ACC为载体,采用浸渍法制备Pt/ACC催化剂,利用BET和TPR考察了催化剂的孔结构和还原过程。该催化剂在室温下具有优良的氢敏特性,但由于活性碳纤维布的耐热性不强,比较适应于较低浓度下的氢气测试。
3、以γ-Al2O3为载体,采用胶体浸渍混合方法制备了Pt/γ-Al2O3催化剂。利用BET对催化剂的孔结构进行表征,XRD和TEM研究了催化剂晶型和表面形态。这种催化剂制备方法很好地解决了催化剂层与热电薄膜层的结合性问题,同时在室温下传感器表现出最高的温差(55℃)和输出电信号(37mv)。
通过对三种催化剂制备方法的深入比较,发现以γ-Al2O3为载体,胶体浸渍混合方法制备的催化剂具有快速的响应时间(27s)和恢复时间(55s),传感器信号和氢气浓度表现出良好的线性关系。寿命测试显示,该传感器能持续工作220h以上,在静止状态下具有12年以上的寿命。选择性测试结果显示传感器在130℃下具有很好的选择性。该催化剂可满足热电薄膜氢气传感器的使用要求,完成了课题规定的任务。