模擬生物酶直接甲醇燃料電池催化劑制備及膜電極性能研究.pdf

1、直接甲醇燃料電池(簡稱DMFC)以其高效、高能量密度、低排放和燃料儲運(yùn)及補(bǔ)充方便等特點被認(rèn)為是適應(yīng)未來能源和環(huán)境要求的理想動力電源和便攜式電源,所以DMFC的開發(fā)研究成為能源界研究的熱點.通過近二十年的研究,DMFC發(fā)電技術(shù)已經(jīng)取得了重大進(jìn)展,但是,其商業(yè)化還有一些關(guān)鍵技術(shù)需要解決,如高效、價廉的燃料電池催化劑制備,高質(zhì)子導(dǎo)電且能阻止甲醇透過的膜.該文在新型非鉑系、耐甲醇催化劑方面進(jìn)行了新的嘗試.以分子工程原理和模擬生物酶的方法,在研究

2、酶的結(jié)構(gòu)和催化活性中心的基礎(chǔ)上,以卟啉、酞菁為模型化合物進(jìn)行了DMFC催化劑的分子設(shè)計.利用擴(kuò)展休科爾分子軌道理論對設(shè)計的催化劑進(jìn)行了計算,對其催化分子氧還原的可行性進(jìn)行了論證.利用混合溶劑法合成了22種卟啉化合物,其中4種未見報道.以固相合成法和以過渡金屬離子為模板進(jìn)行了金屬卟啉配合物的合成研究,合成了65種卟啉配合物.其中40℃以上卟啉配合物的固相合成、模板法合成卟啉配合物和1 5種取代噻酚基卟啉配合物未見文獻(xiàn)報道.以煤油為溶劑,苯

3、酐-尿素法合成了設(shè)計的26種單環(huán)和雙環(huán)聚合的酞菁配合物.利用元素分析、UV-Vis、IR、1H NMR等數(shù)據(jù)對設(shè)計合成的卟啉、酞菁類模型化合物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征.通過TG-DTA研究了配合物的熱穩(wěn)定性和熱分解性能.用EPR研究了配合物的順磁性.利用非水溶液的CV研究了配合物的電化學(xué)性質(zhì).對合成的模型化合物與活性炭的固載(物理吸附)和固載后催化劑的活化工藝進(jìn)行了研究.對制備出的催化劑利用RDE進(jìn)行了電催化活性測試,利用XPS、XRD、SEM