有序介孔材料在燃料电池催化剂上的应用分析

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1、独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京交通大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。⋯⋯虢涉钐b⋯：钟年学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，提供阅览服务，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅

2、。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。(保密的学位论文在解密后适用本授权说明)学位论文作者签名：婵醐：干导师签名：珠磊签字隅叩年万月厂日≥纱日归彩致谢本论文的工作是在我的导师朱红教授的悉心指导下完成的，朱红教授严谨的治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响。在此衷心感谢两年来朱红老师对我的关心和指导。朱红教授悉心指导我完成了实验室的科研工作，在学习上和生活上都给予了我很大的关心和帮助，在此向朱红老师表示衷心的谢意。朱红教授对于我的科研工作和论文都提出了许多的宝贵意见，在此表示衷心的感谢。在实验室工作及撰写论文期间，王芳辉师兄、张新卫

3、师兄、郭志军师兄、刘莹丽师姐对我论文中的研究工作给予了热情帮助，在此向他们表达我的感激之情。衷心地谢谢邹浩明、付生军、孙琨、魏晓岗、’左言飞、袁逖、李晓莉、陈小川等同学，他们在我实验和生活处于低落的时期，给予我莫大的安慰、鼓励和支持。．另外，也感谢我的父母，他们的理解和支持使我能够在学校专心完成我的学、Ik。1．1引言第1章绪论随着人类经济的大规模发展，能源的消耗呈大幅度增长趋势，随之带来的是环境条件日益恶化。为此，我们必须采取有效措施提高能源的利用效率，减轻对环境的污染。燃料电池以其效率高、零污染、使用方便等特点进入人类的视野，在诸多领域的应用也应运而

4、生，吸引了各国政府和各大企业的目光，被认为是21世纪首选的绿色、高效的发电技术。1．2燃料电池的概述燃料电池(FuelCell，简称FC)是一种等温进行、直接将储存在燃料(如氢气、各种富含氢的气体，如重整气和甲醇等)和氧化剂(如净化空气、氧气和一些液体，如过氧化氢和硝酸的水溶液等)中的化学能高效、无污染地转化为电能的发电装置【l】。从理论上讲，燃料电池只要向其连续地提供燃料，便能持续发电。在工作上，燃料电池无需经过燃烧，不像蒸汽热机发电技术受卡诺循环的限制，因此是一种效率极高、对环境友好的新型发电装置。1．2．1燃料电池发展历史自1839年第一个燃料电池

5、问世以来，其发展和商业化因许多技术上的困难而一直受到限制。直到20世纪60年代，由于在太空计划中的成功应用，使燃料电池技术得到了快速发展。特别是近几年来，随着人类对环境保护的日益关注，燃料电池在发电和汽车领域的应用已取得了重大的进展。燃料电池在大规模产业化之前，已经有了很长的发展历史。1839年WillianGrove(格罗夫)把封有铂电极的玻璃管浸在稀硫酸中，由电解产生氢和氧，通过连接外部负载，使得氢和氧发生电池反应，产生电流【2】，制得了人类历史上第一个燃料电池。格罗夫当时提出燃料电池的工作行为只发生在反应气体、电解液和导电电极催化剂铂箔相互接触的三

6、相反应斟31，并指出，强化在气体、电解液与电极三者之间的相互作用是提高电池性能的关键。如今，如何制取尽可能扩展的三相反应区的电极仍是燃料电池研制的主要课题。同时格罗夫当时还预测，如果氢气可以被其它易燃材料(如煤、木材等)所替代，燃料电池就可以实现商业化。1896年，W．W．Jacques描绘了直接用煤作燃料的燃料电池，引起了公众的极大关注。但因无法解决碳对电解质的污染，无法取得实质的效果而最终被放弃。就在煤燃料电池放弃不久，1897年，著名化学家W．Nemst(能斯特)发现了稳定氧化钇．氧化锆(85％ZR02．15％Y203)，即“能斯特物质"。1900

7、年，他用“能斯特物质"作为电解质，制作了第一个固体氧化物燃料电池(SolidOxideFuelCell，简称SOFC)。SOFC的理论解释由能斯特的学生W．Schottky于1935年发表。受Schottky的工作启发，E．Baur和H．Preis于1937年制造出第一个实用性的SOFC。它是用氢气和氧气为反应物，炭做阳极，FeO做阴极，“Nemst物质"做电解质，在1050℃下工作。这个电池产生了1mA／ciil2的电流密度和650mV的电压。1964年，J．Weissbart和R．J．Ruka报道了他们开发了稳定的Ca．Zr02电解质，Archer等

8、首次在1965年展示了采用此种电解质，用烧结铂作电极的100W的电池组SOFC发