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探索研究抗CO中毒、催化甲醇电化学氧化活性高、成本相对低廉的直接甲醇燃料电池(DMFC)阳极新型纳米电催化剂。探讨新型电催化剂的组成-制备-结构-性能-机理间的关系,特别研究电催化剂的结构与微结构(如几何构型和电子状态等)对抗CO中毒及催化甲醇电化学氧化性能的影响,从而阐明反应物在催化剂上形成吸附键的强弱、作用机制及催化动力学性能。目的是为获得高效、长寿命、廉价的DMFC阳极新型纳米电催化剂提供理 2100433B
批准号 |
90406001 |
项目名称 |
直接甲醇燃料电池阳极新型纳米电催化剂 |
项目类别 |
重大研究计划 |
申请代码 |
B0305 |
项目负责人 |
陈军 |
负责人职称 |
教授 |
依托单位 |
南开大学 |
研究期限 |
2005-01-01 至 2007-12-31 |
支持经费 |
24(万元) |
甲醇燃料电池的原理:甲醇燃料电池使用液体甲醇而不是氢气。甲醇(CH3OH)与水混合,并直接进入燃料电池阳极,在此它藉助催化剂层被氧化而生成二氧化碳、氢离子(H+)和电子,电子通过外部电路运动作为燃料电...
直接甲醇燃料电池是质子交换膜燃料电池的一种变种,它直接使用甲醇而勿需预先重整。甲醇在阳极转换成二氧化碳,质子和电子,如同标准的质子交换膜燃料电池一样,质子透过质子交换膜在阴极与氧反应,电子通过外电路到...
甲醇燃料电池的优点 优点:1、体积小巧。2、燃料使用便利。3、洁净环保。4、 理论能量比高 缺点:1、能量转化率低。2、性能衰减快。3、成本高
微型自吸氧直接甲醇燃料电池的阳极极板设计研究
在体积微型化条件下,极板流场图形的设计对燃料电池的性能优化,尤其是提高面积比功率,具有极其重要的意义.本文设计了不同沟道和沟脊宽度的阳极极板,测试了相应微型自吸氧燃料电池的性能变化.实验结果表明,在沟脊宽度小于沟道宽度的条件下,增加沟道或沟脊宽度都能改善微型燃料电池的性能,但改善幅度随宽度增加而趋缓.当沟道和沟脊宽度等比例变化时,性能随宽度的增加的最优值为600μm,其性能达到了2.87mW/cm2,优于沟道和沟脊均为400μm和800μm的燃料电池的性能.
直接甲醇燃料电池阳极通道内气泡行为
阳极催化层表面反应生成的CO2气体能否及时通过扩散层和阳极通道排出直接甲醇燃料电池(DMFC),对DMFC的性能及寿命具有重要影响,因此揭示气泡行为机理对DMFC的优化具有重要的意义。本文将DMFC阳极通道内气泡形成过程简化为气体垂直注入恒流液体中形成气泡的过程,利用可视化实验研究了气体垂直注入恒流液体中形成气泡以及气泡脱离的过程,考察了气体流量、液体流量以及浮力对气泡形成、生长及脱离过程的影响。结果表明:气泡的形成由气体的压力和表面张力产生的毛细压力共同作用,气泡生长和脱离过程相对于孕育过程较快;随着气体流量的增加,产生气泡的时间间隔变短,气泡间聚并的位置逐渐向前推移,气泡的脱离时间先减小后增大;随着液体流量的增加,气泡由弹状流向泡状流渐变,气泡的脱离时间先急剧变小,后趋于平缓;浮力对竖直向下形成气泡的影响较为明显,浮力的作用使竖直向下不易形成气泡且难于脱离孔道口。
原子层沉积(atomic layer deposition,ALD)是一种先进的薄膜沉积技术。利用ALD的技术特点和优势,可设计合成新型高效纳米催化剂,并可精确地调控催化剂的表界面结构。中国科学院山西煤炭化学研究所煤转化国家重点实验室研究员覃勇带领的研究团队,利用ALD技术设计制备出一种多重限域的Ni基加氢催化剂。与未限域的催化剂相比,多重限域的Ni基催化剂对于肉桂醛以及硝基苯的加氢催化反应的活性、稳定性得到显著的提高。相关工作近日发表在Angew. Chem. Int. Ed.。
该方法具有普适性,可以用来合成其他体系的限域催化剂,用于催化不同的反应,为未来高效纳米催化剂的设计提供了重要的科学参考。
金属—氧化物载体的界面结构强烈影响多相催化剂的性能。精确地设计、调控界面结构,对于新型高效催化剂的制备非常重要。该研究团队利用ALD技术,以碳纳米螺旋或者碳纳米管为模板,在模板表面首先沉积NiO纳米粒子,然后再沉积Al2O3纳米薄膜,经过煅烧、还原处理后,得到氧化铝纳米管(ANT)包覆的Ni催化剂(Ni-in-ANTs)。这样的途径使得Ni粒子不仅被限域在氧化铝纳米管中,还被嵌在氧化铝纳米管内壁的凹坑中,称之为多重限域。改变NiO纳米粒子和Al2O3纳米薄膜的沉积顺序,经过煅烧、还原处理,制备出Ni粒子负载在纳米管外壁的未限域催化剂(Ni-out-ANTs)。大量的表征结果证明,二者具有相同的Ni含量、Ni纳米粒子尺寸、氧化铝纳米管管壁厚度、孔道结构以及Ni还原度。然而,对于肉桂醛以及硝基苯催化加氢反应,Ni基多重限域催化剂的活性远远高于未限域的催化剂。这是由于限域催化剂中的Ni粒子被限域在氧化铝纳米管内壁的凹坑中,具有了更多的Ni-Al2O3界面位点,其金属-载体之间的相互作用更强,促进了氢溢流现象,从而提高了催化剂的加氢反应活性。另外,氧化铝纳米管可以保护限域在其中的Ni粒子,阻止其在反应中脱落、溶释,使得多重限域催化剂比未限域的催化剂具有更好的循环使用稳定性。