氢氧燃料电池催化剂的研制与活性评价 西南石油大学.doc

氢氧燃料电池催化剂的研制与活性评价_西南石油大学课程
近代化学实验
试验项目
H2-O2燃料电池催化剂研制与活性分析
成绩
专业班级
西南石油大学
学号
指导老师
姓名
同组人姓名
实验日期
研究目的与背景
学****和了解H2—O2燃料电池催化剂的研制现状,展望高环保要求清洁能源。
用沉淀法制备CuxFe3-xO4,CoxFe3-2xO4等对O2的还原具有较高活性的催化剂。
以H2O2的催化分解反应评价所制备的催化剂的活性。
随着科学社会的发展,能源问题已经成为普遍关注的社会问题,研制和开发廉价的清洁能源迫在眉睫,H2—O2燃料电池是普遍认为的清洁能源,广泛运用于高端的科技探索——火箭的发射、H2—O2燃料电池汽车等。
在能源日益短缺的今天,新能源受到愈来愈多的关注,而氢氧燃料电池则是一种有着很大优点的一种能源。其具有对环境友好的特点受到极大亲睐。但在生产过程中,对催化剂的要求十分迫切,本实验力求在这一方面做一些研究,并对催化剂的催化效率与MnO2作一些比较。
催化剂的研制思路与活性评价原理
H2—O2燃料电池可以用下式表示: _ )Pt| H2(g)|H+||H2O,OH-|O2(g)|Pt(+
电池反应为:
H2 电极 2H2 + 4OH- === 4H2O + 4e-
O2 电极 O2 + 2 H2O + 4e- === 4OH-
室温下O2在一般电极材料上还原很慢,
必须使用有效的催化剂加速这一反应,才能使燃料电池具有实用价值。铂黑和银黑有很高的催化活性,但价格太高,不适宜工业生产;经过实验研究发现具有尖晶石结构
的CuxFe3-xO4,CoxFe3-2xO4等对O2的还原具有较高活性,而用沉淀法制备这类催化剂并不难。
根据对O2 电极反应机理研究得出,电极催化反应过程要生成中间产物H2O2(碱性溶液中主要以HO2- 形式存在),反应如下:
O2 + 2 H2O + 2e- === H2O2 + 2OH-
或 O2 + H2O + 2e- === HO2- + OH-
H2O2 继续分解:
H2O2 === 1/2 O2 + H2O
HO2- === 1/2 O2 + OH-
再生的O2又循环继续发生反应。
生成的H2O2 分解缓慢,是整个原电池反应的控制步骤
按上述机理,可根据催化剂在KO
H溶液中的分解H2O2的能力来考察其对O2电极的还原活性。
在碱性溶液中,H2O2的分解属于一级,其速率方程式为:
dct /dt = kct
积分得: ln(ct/c0) = - kt
式中:ct ——t时刻H2O2的量浓度;
c0 ——H2O2的初始量浓度;
k ——反应速率常数。
令V0 表示H2O2的全部分解放出
O2 的体积;Vt表示H2O2经时间t后分解放出的体积;则可得:
Ln[(V∞—V t)/ V∞] = — kt
速率常数k与温度t一般符合阿累尼乌斯公式:
Ln(k/[k]) = — Ea/R ﹡(1/T) + B
其定积分形式表示为:
Ln(k1/k2) = Ea/R * [ (T1—T2)/(T1 * T2)]
式中:Ea 为反应的表观活化能。
可以比较不同催化剂表观活化能的大小来评价催化剂的活性。
实验仪器及所需试剂
仪器:锥形反应瓶;量气装置;电子秒表;移