质子交换膜燃料电池的主要电催化剂成分是贵金属Pt，因为Pt基燃料电池催化剂拥有极高的电催化活性，然而，在其用于商业化发展中却有着成本高昂，阴极氧还原反应的催化活性不理想，易CO中毒失活等缺点阻碍燃料电池的发展。国际上目前主流的解决办法是各种金属掺杂Pt基催化剂进行改性，或者研究具有多孔结构或其他特殊表面形态的Pt基催化剂，以求能够获得商业化发展稳定，高效的Pt基催化剂。本文先后采用电弧熔炼、熔体快淬和去合金相结合的方法成功制备了纳米多孔金属材料NP-PtTm合金，对这种合金材料进行了结构表征和阴极氧还原反应上的电催化性能测试，主要通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜及能谱研究了NP-PtTm合金的形貌及结构。研究结果显示此材料具有三维连续的多孔结构，之后在旋转圆盘电极上进行ORR反应测试，先后进行循环伏安,线性扫描伏安和加速耐久性测试，并将其与普通的商业Pt/c电催化剂在催化性能和材料稳定性方面进行对比，结果表明相比普通的商业Pt/C催化剂，NP-PtTm催化剂有着更好的ORR催化活性和稳定性，材料的电催化活性和稳定性的提升可能是纳米多孔结构和过渡金属掺杂的协同作用产生的。
目 录
1.绪论 1
1.1燃料电池概述 1
1.1.1燃料电池的工作原理 1
1.1.2燃料电池的分类 1
1.1.3燃料电池的应用方向 2
1.2质子交换膜燃料电池概述 3
1.2.1质子交换膜燃料电池的结构与工作原理 3
1.2.2质子交换膜燃料电池的研究现状与问题 3
1.3氧还原（ORR）反应 4
1.3.1氧还原反应机理 4
1.3.2 ORR电催化剂的分类 5
1.3.3 ORR电催化剂的主要研究方向 5
1.4贵金属复合多孔材料概述 6
1.4.1 贵金属复合多孔材料的特性 6
1.4.2 贵金属复合多孔材料的制备方法 6
1.5 论文设计的意义及研究方法 7
2.实验部分 8
2.1 实验试剂和实验仪器 8
2.1.1 实验材料及试剂 8
2.1.2 实验仪器和设备 9
2. *景先生毕设|www.jxszl.com +Q: ^351916072# 
2 材料的制备方法 9
2.2.1 Pt10Tm2Al88的制备 9
2.2.2 去合金化处理 9
2.2.3 催化剂悬浮液的制备 10
2.2.4 旋转圆盘电极的预处理 10
2.2.5 工作电极的制备 10
2.3表征手段和方法 11
2.3.1 扫描电子显微镜(SEM)与X射线能谱(EDS)分析 11
2.3.2 X射线衍射（XRD） 11
2.3.3 透射电子显微镜（TEM） 11
2.3.4 X射线光电子能谱（XPS） 11
2.4电化学性能测试 11
2.4.1循环伏安测试（CV） 12
2.4.2线性扫描伏安法（LSV） 12
2.4.3加速耐久测试（ADT） 12
3.实验结果与分析 13
3.1 PtTmAl三元合金材料和NPPtTm复合多孔材料的表征结果 13
3.2 NPPtTm催化剂的氧还原性能测试结果与分析 16
4.结论 20
参考文献 21
致谢 22
1.绪论
随着社会的发展，科技在飞速进步，但是能源却成为制约发展的一大因素。目前人类所常用的化石能源属于有限的能源，资源量日益紧张，并且化石能源的燃烧还会带来大量的一氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等气体污染空气，这些气体污染是造成雾霾等天气降低人们的生活质量的主要原因，因此，寻找和开发能够持续使用且无污染的绿色新型能源成为了当今科学界的重中之重。
在新型能源的研究中，燃料电池是引起很多人们关注的一类能源。燃料电池的工作方式与电池类似，但他不同于普通的电池的地方在于燃料电池是通过电化学反应将化学能转换成电能。由于此转换过程不像化石能源燃烧一样经历热机过程，所以在过程中不受到卡诺循环的限制，能量的转换效率极高。燃料电池与传统的化石能源相比，优点有燃料的来源广泛，转换效率高，过程无污染等方面，是一种非常环保且高效的新型能源。
1.1 燃料电池概述
1.1.1 燃料电池的工作原理
顾名思义，燃料电池就是可以将燃料的化学能转换为电能的一种装置[1]，只需要对电池提供燃料和氧化剂，就可以像发电厂一样进行持续性的发电。不同类型的燃料电池虽然电解质、工作温度和燃料可能不同，但都有着相同的组成特点，那就是都含有正极和负极两个电极，此外再加上电解质和集流板，这四个部件共同组成了一套完整的燃料电池。
当电池工作时，两个电极上的催化剂开始加速电池的两极反应，阳极发生氧化反应失去电子，阴极发生还原反应得到电子，形成电流[2]。两个电极也被带有充电电荷的电解质分开。阳极输入的燃料一般为氢气或者含氢元素比重高的液体如甲醇，乙醇或者甲酸，阳极一般输入空气或纯氧。
以H2/O2质子交换膜燃料电池作为一个例子，这样的电池的基本反应式为：
阴极：1/2 O2+2 H++2 e →H2O 阳极：H2→2 H++2 e
总反应式：H2 +1/2 O2 →H2O
1.1.2 燃料电池的分类
燃料电池可以按照许多标准划分类型，以电解质类型的不同来分类的方法最为常见，主要可以分为以下六大类：固体氧化物燃料电池（SOFC）、聚合物电解质膜燃料电池（PEMFC）、熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）、碱性燃料电池（AFC）、磷酸燃料电池（PAFC）和生物燃料电池（BFEC）[3]。具体内容如图1.1所示：
/
图1.1 燃料电池的分类
1.1.3 燃料电池的应用方向
最早的燃料电池是在1839年被制造出来的简单氢氧燃料电池，但当时并没有在实际领域有什么应用，此后的100多年燃料电池的研究一直没有进展和应用方向。直至20世纪60年代，燃料电池被应用到了阿波罗登月飞船上作为辅助能源，这是燃料电池第一次成功运用在航空航天领域[4]。磷酸燃料电池是目前应用最成熟的燃料电池，已经进入了商业化应用和批量生产，主要是作为区域性电站进行现场供电。此外，因为燃料电池绿色环保型能源的属性，燃料电池更多被应用在了地面发电和交通工具等领域。在十几年前，第一台以燃料电池为动力的汽车制作出来，说明燃料电池已经正式被广大普通人使用。可以预见到在未来的研究里，燃料电池将会被更广泛的应用在发电交通等领域。

原文链接：http://www.jxszl.com/hxycl/yyhx/83669.html