ag-cu纳米催化剂的制备及其锌空气电池的研究

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1、国内图书分类号：TB34西北工业大学工学硕士学位论文Ag-Cu纳米催化剂的制备及其锌空气电池的研究硕士研究生：靳亚超导师：陈福义教授申请学位级别：工学硕士学科、专业：材料加工工程所在单位：材料学院答辩日期：2016年3月授予学位单位：西北工业大学Classifiedindex：TB34ThesissubmittedinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterofScienceSynthesisofAg-CuCatalystandAppl

2、icationinZinc-airBatteryMSCandidate:JinYachaoAdvisor:ProfessorChenFuyiDegreeAppliedfor:MasterofScienceSpecialty:MaterialsProcessingEngineeringSchool:SchoolofMaterialsScienceandEngineeringDateofOralDefence:March,2016UniversityConferringDegree:NorthwesternP

3、olytechnicalUniversity摘要摘要金属空气电池作为一种高效、洁净的新能源技术，受到了越来越多的关注。氧还原反应电催化剂的研究则一直是金属空气电池研究的热点问题。为了提高氧还原反应的催化活性、增加催化剂的稳定性、降低催化剂的成本，Ag基催化剂的研究具有非常重要的意义。本论文主要的研究内容为Ag-Cu纳米催化剂的催化活性。论文中分别采用伽尔瓦尼置换反应和电化学沉积法制备Ag-Cu双金属纳米枝晶和Ag-Cu纳米合金。电化学方法测试了Ag-Cu催化剂对氧还原反应的催化活性，并结合物理表征研究了A

4、g-Cu纳米催化剂提高氧还原反应催化活性的机制。论文的主要实验结论如下：(1)伽尔瓦尼置换反应制备Ag-Cu催化剂。Ag-Cu催化剂直接负载在泡沫镍集流极上，形成无碳、无粘接剂的催化剂层。该Ag-Cu催化剂具有枝晶状形貌，并且为Ag，Cu两相分离的双金属纳米材料。制备过程中，前驱体溶液CuSO4和AgNO3的浓度对Ag-Cu纳米材料的形貌有较大影响。经实验证明，在0.3MCuSO4溶液中置换2h，再在10mMAgNO3溶液中置换120s的条件下，Ag-Cu纳米材料为多层结构且枝晶形貌生长完整。电化学测试表

5、明Ag-Cu双金属纳米催化剂催化氧还原的过程为4e-路径。催化活性是纯Ag催化剂的2倍。以无碳、无粘接剂的Ag-Cu双金属纳米枝晶催化剂作为空气阴极，一次锌空气电池在20mAcm-2电流密度下的放电电压为1.11V。电池比容量和比功率密度分别为572mAhg-1和641mWhg-1。可充锌空气电池的往复循环效率为53.9%。(2)电化学沉积法制备具有部分固溶的Ag-Cu纳米合金催化剂。通过改变前驱体溶液中Ag与Cu离子的摩尔比，制备了不同Cu含量的Ag-Cu纳米合金。通过氧还原活性的测试结果，得出提高Ag

6、-Cu纳米合金催化活性的有效Cu含量为17%-40%。Ag-Cu纳米合金的催化活性为纯Ag的2.5倍。合金化后的Ag-Cu纳米材料具有较高的抗氧化性。以无碳、无粘接剂的Ag-Cu纳米合金催化剂作为空气阴极，一次锌空气电池在20mAcm-2电流密度下的放电电压为1.18V。可充锌空气电池的往复循环效率为56.4%。且Ag-Cu纳米合金在锌空气电池中具有较好的抗CO2中毒性。关键字：Ag-Cu，催化剂，氧还原反应，锌空气电池IAbstractAbstractRecently,metal-airbatteryh

7、asattractedmoreandmoreattentionduetoitshighenergydensity,high-efficient,lowcostandenvironmentfriendly.Oxygenreductionreaction(ORR)isthehotresearchtopicinmetal-airbattery.Inordertoimprovethecatalyticactivityandstability,lowerthepriceofcatalysts,itismuchimp

8、ortanttoresearchtheAg-basedcatalysts.Inthispaper,wefocusontheresearchofcatalyticactivityofAg-Cucatalystsforoxygenreductionreaction.ThegalvanicdisplacementandelectrodepositionmethodsweretakentosynthesizetheAg-Cubimet