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多孔硅电极的电催化及其应用研究

田娟

   近年来,随着移动电话、个人数字助理(PDA)、笔记本电脑等便携式电子产品的迅速发展,对微型能源提出了越来越高的要求,传统的MH-Ni电池和锂离子电池已不能满足它们高能耗的需求,因此,研究和开发新型微能源引起了人们的极大重视。微型质子交换膜燃料电池(PEMFC)由于具有环境友好、高的能量转换效率和高比能量等特点,有可能满足这种需求,其微型化研究引起了人们极大的兴趣,尤其是硅基微型燃料电池已成为微型燃料电池领域研究的热点。 为了提高催化剂的利用率,缩短物种的扩散路径和减小传输阻力,本文用多孔硅作为微型PEMFC的扩散层,通过循环伏安法在多孔硅上电沉积Pt纳米粒子后用作催化电极,以氢的吸脱附和甲醇氧化为探针,评价了其催化性能,并初步测试了多孔硅微型PEMFC的性能,为多孔硅电极在微型PEMFC中的应用作了技术探索。 通过对多孔硅可控制备工艺的研究,制得了平均孔径分别约为350nm、500nm和750nm,孔隙率40%左右,孔深为50~60μm的适合于微型PEMFC的多孔硅膜。与刷涂法相比较,电沉积Pt纳米粒子修饰的电极具有较高的Pt利用率和较强的电催化活性。直径约为7nm的Pt纳米粒子较均匀地分散在多孔硅的表面,Pt载量为0.38mg·cm~(-2)时电化学活性比表面积高达148cm~2·mg~(-1),是刷涂相近质量的纳米Pt/C电催化剂的2倍多:该修饰电极对甲醇氧化也呈现了增强的催化性能和较好的稳定性,在0.5V(vs SCE)极化1h后电流密度为4.52mA·cm~(-2),而刷涂了相近Pt量的Pt/C电极的电流密度只有0.36mA·cm~(-2)。 用电沉积的Pt纳米粒子修饰的多孔硅电极用作阴极时,孔径分别为5μm和350nm的多孔硅微型PEMFC的峰值功率密度分别为5.8mW·cm~(-2)和7.5mW·cm~(-2),优于文献报道的结果。……   
[关键词]:多孔硅;Pt纳米粒子;循环伏安法;微型质子交换膜燃料电池
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:哈尔滨工程大学2007年