PtNi合金催化剂制备条件的优化研究

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摘要：将Pt与第三周期过渡元素M(M=Ni、Co、Cr、Mn、Fe等)构成合金(Pt-M)，Pt-M合金(尤其是PtNi合金)显示出了较高的质量比活性以及面积表活性，可在保证高效ORR活性的同时，有效降低PEMFC阴极贵金属的使用量。本论文选用DMF作为溶剂和弱还原剂，以较为廉价及易得的K2PtCl4和NiCl2为前驱体，通过添加结构导向剂及配位剂调控催化剂的形貌，同时对所制备的催化剂进行物理化学表征及ORR性能测试。实验结果表明：首先在相同的制备条件下，加入适量表面活性剂，可有效控制催化剂的粒径及其分布；其次，适量加入金属离子配位剂，可有效调控催化剂的微观形貌。通过条件优化，最终制备的PtNi/C催化剂质量比活性和面积比活性可分别达到0.1143A mgPt-1及1597.11μA cmPt-2，分别是商业催化剂的1.2倍和13倍。69222

毕业论文关键词：PtNi合金，ORR活性，燃料电池

Study on the optimizing preparation conditions of PtNi alloy catalyst

Abstract：Pt-M alloy, obtained by combining Pt and the third cycle transition ele-ment M(M=Ni,Co,Mn,Fe,etc.), shows a higher mass-specific and area-specific activi-ty,which can both insure a high efficiency of ORR activity, and reduce the usage of cathodic precious metal of PEMFC. In this paper, we choose the DMF as solvent and weak reductant, and use the K2PtCl4 and NiCl2 as precursor,which are cheaper and can be easily obtained, by adding structure-directing agent and coordination agent to control the morphology of catalyst, at the same time realizing the physical and chemi-cal characterization and ORR performance test of the catalyst. By adding appropri-ate surfactant, we can efficiently control the grain size and distribution of the catalyst; in addition, adding appropriate metal ion complexing agent can efficiently control the macromorphology of the catalyst. After optimizing the prepartion conditions, the mass-specific and area-specific activity of PtNi/C are 0.1143A mgPt1and 1597.11μA cmPt-2 repectively, which are 1.2 times and 13 times of the commercial catalysts, respectivey.

Keywords：PtNi alloy，ORR activity，Fuel cell

第一章文献综述 1

1.1 燃料电池工作原理 1

1.2 氧还原反应机理 2

1.3阴极催化剂研究进展 5

1.4 论文研究意义与研究内容 8

第二章实验过程 9

2.1 实验药品 9

2.2 实验仪器 9

2.3 PtNi／C催化剂的制备 10

2.4 TEM表征 10

2.5催化剂半电池评价 10

第三章 PtNi催化剂微观结构及性能分析 12

3.1 制备条件对催化剂形貌影响的研究 12

3.2 催化剂电化学性能测试分析 15

第四章结论及展望 18

4.1小结 18

4.2展望 18

参考文献 19

PtNi合金催化剂制备条件的优化研究

第一章文献综述

1.1 燃料电池工作原理

燃料电池是一种按电化学原理将储存于燃料和氧化剂中的化学能直接转变成电能的发电装置，不受卡诺循环的限制，具有能量转换效率高，比能量高，温室气体排放量少，燃料来源广等优点[1]。自1838年首次被Sir William Grove提出设计至今，燃料电池研究与开发取得了巨大的进展，其种类也在不断的拓展与完善。燃料电池依其电解质不同，可以分为质子交换膜燃料电池（Proton exchange membrane fuel cell，PEMFC）、阴离子交换膜燃料电池（Anion exchange membrane fuel cell，AEMFC）等。其中，PEMFC以H2作为燃料，具有功率密度高、室温下快速启动以及清洁、高效等优点，被认为是一种理想的下一代发电装置[1]。由于PEMFC在众多领域应用较为广阔，使各国政府及公司、研究者们高度重视，在近二十年内取得了重大突破。论文网