水热法制备直接乙醇燃料电池铁酸锌基铂系阳极催化剂
目 录
1.绪论 1
1.1前言 1
1.1.1燃料电池工作原理 1
1.1.2燃料电池的分类 2
1.2直接乙醇燃料电池 2
1.2.1直接乙醇燃料电池概述 2
1.2.2直接乙醇燃料电池催化机理 2
1.3直接乙醇燃料电池无机非金属单载 3
1.3.1金属氧化物 3
1.3.2金属碳化物 3
1.3.3稀土氧化物 4
1.4直接乙醇燃料电池阳极催化剂载体 4
1.4.1介孔碳 4
1.4.2碳纳米管 5
1.4.3活性炭纤维 5
1.4.4碳气凝胶 5
1.5本文研究的目的及意义 6
2.实验部分 7
2.1实验药品及仪器 7
2.2实验方法及步骤 8
2.2.1PtSnO2催化剂载体的制备及表征 8
2.2.2SnO2/ZnFe2O4的制备 9
2.2.3PtSnO2/ZnFe2O4催化剂的合成 10
2.2.4石墨电极的预处理 11
2.2.5催化剂对乙醇氧化电催化性能的测试 11
3.结果与讨论 12
3.1催化剂载体铁酸锌的性能表征 12
3.1.1XRD图谱分析 12
3.1.2粒径分析 13
3.2催化剂负载的性能表征 14
3.2.1SnO2/ZnFe2O4的性能表征 14
3.2.2PtSnO2/ZnFe2O4催化剂的性能表征 16
3.3催化
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剂电性能测试分析 17
3.3.1循环伏安图 17
3.3.2计时电流图 18
3.3.3交流阻抗图 19
4.结论 20
参考文献 21
致谢 23
1.绪论
1.1前言
如今我们的地球正面临着能源危机和环境污染这两个棘手的问题，如何来解决这两个问题，这是需要我们不断探寻和摸索的。人们于是开始研究燃料电池，这是一种把化学能直接转化为电能的装置，它在工作的时候很安静，更重要的是它更加环保，并且可以添加燃料重复使用[1,2]。燃料电池在解决上述两个棘手的问题上具有很大的潜力。
燃料电池作为最近几年来，新型的一种能源，在工作时，含H燃料和氧气被分别送到电池阳极和阴极，发生电化学反应，产生能量以此生成电流并输出电能。前面提到了燃料电池添加燃料重复使用，这一点相对于目前普遍的火力发电来说，燃料电池所排放的有害物质就要低得多了[3,4]。所以燃料电池在材料、化学等一些领域算得上是一种新型能源了[5,6]。现在世界各地的学校、医院等一些公共场所都采用了燃料电池进行一些日常设备的运转。与此同时，一些汽车制造商也开发出了燃料电池车辆。这也让人们对于燃料电池的研发越来越感兴趣了，同样我们可以预知的是，燃料电池会在以后我们的生活中出现频率越来越高，并时刻影响着我们[7,8]。
1.1.1燃料电池工作原理
在这里我们拿氢氧燃料电池举例，燃料电池是由其阴极、阳极以及两级间的电解质构成的。当其工作的时候，H2供给阳极，氧气供给阴极，氢在燃料电池阳极分解成H+和带电负离子，H+通过电解质向燃料电池的阴极传递，电子沿着外接电路流向阴极，最后和氧气反应生成水。
阳极反应：
H2→2H++2e E0=0.000V （11）
阴极反应：
O2+2H++2e→H2O E0=1.229V （12）
总反应：
H2+O2→H2O E0=1.229V （13）
1.1.2燃料电池的分类
燃料电池在全球有比较多的分类方法。真题上有四大类的依据，按工作温度分有三类：低温型（低于100℃）、中温型（100600℃）、高温型（6001000℃）；按燃料来源分有直接式、间接式燃料电池以及可再生燃料电池；按应用方式分有三种：固定型、便携型、移动型；按燃料状态分有液、气体两种；而目前按照燃料电池中不同的电解质类型来分是最能后被大家认可的。
在上述燃料电池中，质子交换膜燃料电池是被广泛应用的一种，因为其结构简单、操作方便、工作温度低等优点。质子交换膜燃料电池，它的特别之出在于它让质子顺利通过质子交换膜，然后与外电路构成通路。这种燃料电池的使用时间与它本身最重要的质子交换膜的好坏有着密切的关联。
1.2直接乙醇燃料电池
1.2.1直接乙醇燃料电池概述
直接乙醇燃料电池(DEFC)是众多燃料电池中的一员。它是直接把乙醇作为燃料的。从20世纪50年代以来，研究发现，低碳烷醇，尤其是C1C5的伯醇可在Pt基电极上直接氧化，其中乙醇是人们研究最感兴趣的。从分子结构上看，它是烷基单羟基醇中最简单的有机小分子，而且，大自然中随处可见的发酵现象就能够生产出乙醇，这让乙醇的来源途径广泛了很多，最重要的一点是乙醇属于可再生能源，更加环保。能够想象的出来，未来我们的生活中肯定会出现各式各样的燃料电池。
乙醇的水溶液拿来作为直接乙醇燃料电池的燃料，在电池工作的时候，乙醇发生氧化反应，这个过程中伴随了12电子的转移，这一点相比于甲醇氧化只伴随6电子的转移，这个反应相对更为困难，过程也复杂，中间产物多，因此目前对于乙醇燃料电池的研发，在基础部分上还要继续努力[9]。
1.2.2直接乙醇燃料电池催化机理
直接乙醇燃料电池在电池的工作过程中，其两个电极反应如下：
阳极反应：
C2H5OH+3H2O→2CO2+12H++12e E0=0.087V (14)
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