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一步法制备PtNi催化剂的研究(2)

时间:2020-05-21 21:12来源:毕业论文
14 3.2.2催化剂的氧还原反应动力学分析 15 3.2.3催化剂的氧还原活性测试 17 第四章 结论及展望 18 4.1小结 18 4.2展望 18 参考文献 19 一步法制备PtNi催化剂的研究

14     3.2.2催化剂的氧还原反应动力学分析                                  15

       3.2.3催化剂的氧还原活性测试                                         17

第四章 结论及展望 18

4.1小结 18

4.2展望 18

参考文献 19

一步法制备PtNi催化剂的研究第一章 文献综述

1.1燃料电池工作原理

  如图1.1为PEMFC的单池以及工作原理示意图,可以看出,单池的主要部件包括气体流场/双极板、阴阳极电极、阴阳极催化层和质子交换膜。气体流场起引导反应气流动和分配的作用;扩散层起支撑催化层和传递反应物与产物的作用;催化层的核心是催化剂、电子传导介质、质子传导介质构成的三相界面,是电化学反应发生的核心场所;质子交换膜起到隔绝阴阳极气体同时传递质子的作用[1]。电池工作时,阳极侧氢气通过流道进入扩散层,然后被传递到催化层中,在催化剂、电子传导介质和质子传导介质构成的三相界面上发生氧化反应,生成质子和电子(式1.1)。然后电子通过外电路到达阴极,而质子则由质子交换膜传导至阴极,两者与进入阴极催化层的氧气在三相界面上发生还原反应生成水(式1.2)。根据阴阳极电化学反应的标准电极电势可知[2],25℃下PEMFC的理论开路电压为1.229 V。

阳极:H2 → 2H+ + 2e-           Ea0=0.00 V vs. SHE           (1.1)

阴极:1/2O2 + 2H+ + 2e- → H2O  Ec0=1.229 V vs. SHE          (1.2)

总反应:H2 + 1/2O2 → H2O       Ecell0 = 1.229 V             (1.3)

1.2氧还原反应机理

  深入研究和理解氧还原反应历程,对于高活性的催化剂很有必要[3]。如表 1.1 ,ORR是一个多步骤的反应 ,在不同的催化剂表面其反应历程可以通过直接四电子途径生成H2O(酸性介质)或 OH-(碱性介质);也可能以 H2O2(酸性介质) 或HO2-(碱性介质)为中间产物,通过两步电子途径进行[4]。

表1.1酸性和碱性介质中的ORR反应机理

                     酸性介质               碱性介质

4e-途径           O2+4H++4e-    2H2O     O2+2H2O+4e- 4OH-

2e-途径           O2+2H++2e-      H2O2     O2+H2O+2e-    HO2-+OH-

                  H2O2+2H++2e-     2H2O   HO2-+H2O+2e-     3OH-

   一般认为, O-O键的断裂是氧还原反应发生前提。根据分子轨道理论,氧分子首先吸附在催化剂的表面, 其π成键轨道的电子将向催化剂d空轨道转移,同时催化剂的d轨道电子反馈到氧分子的π*反键轨道,这将削弱 O-O键,导致其最终的断裂和氧还原反应的发生[5]。其中氧分子在催化剂的表面吸附, Yeager认为大致有三种方式,如 图 1.2 所示:

2氧在催化剂上可能的吸附结构 一步法制备PtNi催化剂的研究(2):http://www.751com.cn/huaxue/lunwen_52270.html

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