探析固体聚合物电解质电解水阳极催化剂的研究

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1、天津大学硕士学位论文固体聚合物电解质电解水阳极催化剂的研究姓名：王娜申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：王宇新20070901摘要氢能是未来最理想的能源。电解水制氢有着广泛的发展前景。SPE电解水技术以其效率高、产气纯度高、安全、结构紧凑等优点，在电解水技术中占有相当重要的位置，但成本过高是制约其广泛应用的主要原因。研发价格便宜的膜、提高电极催化活性、降低催化剂载量、改进膜电极制备工艺、提高操作温度和压力、优化电解槽结构等都可以降低SPE电解水技术的成本。本课题从提高电极催化活性、降低贵金属催化剂载量和降低电极制作成本等方面着手，采

2、用刷涂法和热沉积法制备阳极催化层，研究制备方法和制备条件对催化层性能的影响。采用刷涂法，以PVDF为粘结剂，DMF为溶剂，将Ir02颗粒粘结在Ti网上制成阳极催化层。通过扫描电镜、循环伏安、电化学交流阻抗谱表征和膜电极性能测试，发现粘结剂和催化剂比例为1．1、烘干的催化层的有效催化面积最大，催化层电阻最小，催化剂活性最高，组成电解池后性能最好。采用热沉积法，以DSA电极制备方法为基础，将H2IrCl6与COCl2的混合溶液刷涂在钛网上，高温烧结并分别在450℃、500℃、550。C退火处理，得到I们2一CoO。催化层。测试结果表明，随着退

3、火温度的升高，催化剂结晶度增加，晶粒逐渐成长变大，导致有效催化面积减小。而且随着退火温度的升高Ti基体表面氧化也加剧，导致电极电阻增大。但结晶度增加会提高催化层电导率。因此，500℃退火处理的催化剂性能最好。催化剂有效催化面积与Co掺杂量呈“火山型’’关系，500℃退火时，Co掺杂比例为0．3时催化剂有效催化面积最大，电解池电阻最小，电解池性能最好。上述两种方法相比较，采用热沉积法制备的催化层要好于刷涂法制备的催化层。关键词：SPE电解水，阳极催化剂，刷涂法，热沉积法，氧化铱，氧化钴ABSTRACTHydrogenisallidealen

4、ergyresource，andhydrogenproductionbywaterelectrolysishasabrightfuture．SolidPolymerElectrolyte(SPE)waterelectrolysissystem,whichoffersseveraladvantagesovertraditionaltechnologiesincludinggreaterenergyefficiency，higherproductionrates，bettersafereliabilityandmorecompactdesig

5、n，willplaymoreandmoreimportantroleinwaterelectrolysisindustry；however，highercostlimitsitsfurtherapplication．Inordertolowerthecost，researchersfocusondevelopingcheapermembrane，improvingcatalystactivity，loweringcatalystloading，improvingMEAprocedure，increasingoperatingtempera

6、tureandpressureandoptimizingstructureofwaterelectrolysiscell．BrushingandthermaldecompositionmethodsareusedtoprepareSPEanodecatalystlayerinthisworktoimproveelectrodelifeandcatalystactivity，lowerexpensivemetaloxidecatalystloadingandreduceelectrodepreparationcost，andtheneffe

7、ctsofpreparationconditionsoncatalystarestudied．I幻2catalystiSadhleredtoTimeshusingPVDFasadhesiveandDMFassolventbybrushingtomakeanodecatalystlayer，whichisthentestedbycyclicvoltammetary,electrochemistryimpedancespectroscopy,scanningelectronicmicroscopeandwaterelectrolysiscel

8、lperformance．Theresultsshowthatcatalystlayerhasthelargestcatalystactivesurface，lowestlayerresist