銀系雙金屬納米電催化劑制備及其電活性研究.pdf

1、燃料電池是將化學能直接轉化為電能的裝置，是一種具有高效、環(huán)保的發(fā)電裝置，在21世紀資源短缺的時代，具有很重要的研究意義。目前，在直接肼燃料電池與直接硼氫化鈉燃料電池的陰極材料中，采用的催化劑主要是以鉑基金屬催化劑為主，同時還采用高成本的離子交換膜將正極與負極隔離。Ag作為有效的電催化劑，在眾多領域內具有很廣泛的應用前景。本論文研究以Ag為基體金屬，采用化學還原方法制備多壁碳納米管（MWCNT）負載的AgCo、AgNi、AgCu、AgSn

2、雙金屬納米催化劑，研究了它們對氧氣還原反應（ORR）、肼（N2H4）氧化的電化學活性。以銀系雙金屬納米催化劑為陽極，組裝了一種無膜的直接肼燃料電池與直接硼氫化物燃料電池，測試了電池的放電性能。論文主要研究內容包括以下幾個方面：
　?。?）采用硼氫化鈉（NaBH4）為還原劑，多壁碳納米管（MWCNT）為載體，制備納米Ag顆粒（Ag/MWCNT）、納米AgCo/MWCNT顆粒、納米AgNi/MWCNT顆粒、納米 AgCu/MWCNT顆

3、粒以及納米 AgSn/MWCNT顆粒。SEM與 TEM圖像顯示所制備的催化劑分散性較好，且顆粒粒徑小。以Ag8Co2/MWCNT催化劑顆粒粒徑最小，平均粒徑為14nm。
　?。?）采用循環(huán)伏安測試技術、動電位掃描測試技術和計時電流測試技術，在堿性條件下，研究了所制備的納米催化劑對氧還原（ORR）的電催化活性。實驗結果顯示，所有催化劑對 ORR都具有很好的催化活性，結果表明雙金屬納米催化劑都比單金屬的Ag納米催化劑對ORR的催化活性

4、更優(yōu)異。雙金屬AgCo/MWCNT中，Ag8Co2/MWCNT對ORR的活性最佳，ORR的極限擴散電流密度為3.53×10-3 A·cm-2；雙金屬AgCu/MWCNT中，Ag9Cu1/MWCNT對 ORR的活性最佳，ORR的極限擴散電流密度為2.71×10-3 A·cm-2；雙金屬AgNi/MWCNT中，Ag9Ni1/MWCNT電極對ORR的活性最佳，ORR的極限擴散電流密度為3.1×10-3 A·cm-2；雙金屬 AgSn/MWCN

5、T中，Ag9Sn1/MWCNT電極對 ORR的活性最佳，ORR的極限擴散電流密度為2.52×10-3 A·cm-2。上述極限擴散電流密度均是在電極轉速為1600r·min-1時測得的電流密度。
　?。?）采用循環(huán)伏安測試技術、計時電流測試技術在堿性條件下，研究了所制備的納米催化劑對肼氧化的催化活性。實驗結果顯示，所有催化劑對肼氧化都具有很好的催化活性。在雙金屬AgCo/MWCNT中，Ag8Co2/MWCNT電極對肼氧化的活性最佳，

6、起始電位為-0.5 V，對肼的檢測下限為0.15 mmol·L-1；在雙金屬AgSn/MWCNT中，Ag8Sn2/MWCNT電極對肼氧化的活性最佳，起始電位為-0.43 V，對肼的檢測下限為0.14 mmol·L-1；在雙金屬 AgNi/MWCNT中，Ag9Ni1/MWCNT電極對肼氧化的活性最佳，起始電位為-0.48 V，對肼的檢測下限為0.026 mmol·L-1。
　?。?）；采用高溫加熱法制備出氧還原反應的催化劑 Fe/C

7、-PANI。堿性溶液中，F(xiàn)e-PANI對ORR具有高效穩(wěn)定的催化活性。以Ag9Ni1/MWCNT催化劑為陽極，同時將Fe-PANI制備成氣體擴散電極作為陰極，組裝成無膜的直接硼氫化鈉燃料電池和直接肼燃料電池。此兩種電池均能夠穩(wěn)定放電，直接硼氫化鈉燃料電池的開路電壓為0.9 V，直接肼燃料電池的開路電壓為0.3V。硼氫化鈉電池最大輸出功率密度為60mW·cm-2·mg(Ag)-1，肼電池的最大輸出功率密度為2.2mW·cm-2·mg(Ag