摘 要

随着工业社会的发展，能源危机日趋严重，新能源的开发与应用开始受到前所未有的关注。在众多新能源应用中，PEMFC作为清洁能源氢能的一种，凭借其转换效率高等诸多优势而进入人们的视野。只不过现今Pt基催化剂仍是PEMFC的主催化剂，所以当前人们都在研究的是如何把担载量降下来。

本实验采用循环伏安法来制备Pt-Fe合金催化剂，在制备出成品后先用CV测试大致表征其性能，再以一些常见的分析方法如X射线衍射（XRD），扫描电子显微镜（SEM）等技术观察其微观形貌，探究各项工艺参数如电解液浓度、沉积电位、温度等对催化剂性能的影响，并从中选取最佳催化活性的复合催化剂，最后通过SEM测试，对其进行表征与分析。

关键词：PEMFC 循环伏安法 Pt-Fe合金催化剂

Effect of cyclic voltammetry on the preparation of platinum - iron alloy catalyst

Abstract

With the development of industrial society, energy crisis is becoming increasingly serious, the development and application of new energy began to receive unprecedented attention. In many new energy applications, PEMFC as a clean energy hydrogen energy, with its high conversion efficiency and many other advantages into the people's vision. But now the Pt-based catalyst is still the main catalyst PEMFC, so the current people are studying how to load down.

In this experiment, the Pt-Fe alloy catalyst was prepared by cyclic voltammetry. The properties of the Pt-Fe alloy were characterized by CV test, and then some common analytical methods such as X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM) And the influence of various process parameters such as electrolyte concentration, deposition potential and temperature on the performance of the catalyst were investigated. The composite catalyst with the best catalytic activity was selected and finally analyzed by SEM. Analysis.

Key Words:Proton exchange membrane fuel cell; Cyclic voltammetry ;Platinum - iron alloy catalyst

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 燃料电池概述 1

1.1.1 引言 1

1.1.2 燃料电池分类 1

1.2 PEMFC简介 1

1.2.1 PEMFC的原理与概念 1

1.2.2 PEMFC的优缺点 2

1.2.3 PEMFC的结构 3

1.2.4 PEMFC的发展历程 5

1.3 PEMFC电极催化剂 5

1.3.1 电极催化剂简介 5

1.3.2 PEMFC电极催化剂的催化机理 5

1.3.3 PEMFC电极催化剂的分类 6

1.4 PEMFC电催化剂的制备 7

1.4.1 化学气相沉积法 7

1.4.2 浸渍还原法 7

1.4.3 胶体法 7

1.4.4 络合物胶体法（Bönnemann 法） 7

1.4.5 离子交换法 8

1.4.6 真空溅射法 8

1.4.7 电沉积法 8

1.5 PEMFC的应用与挑战 8

第二章 实验方案与内容 10

2.1实验方案设计思路 10

2.2 实验试剂与仪器 10

2.3 电催化剂的制备 11

2.3.1 配置溶液 11

2.3.2 循环伏安法制备电极催化剂 11

2.4 性能测试 11

2.4.1 循环伏安（CV）测试 11

2.4.2 X射线粉末衍射（XRD） 12

2.4.3 扫描电镜（SEM） 13

2.4.4 极化曲线 13

第三章 实验结果与分析 14

3.1循环伏安线性扫描研究Pt-Fe合金电沉积过程 14

3.2 循环伏安法制备Pt-Fe合金的循环伏安测试曲线 15

3.3 样品的XRD分析 16

3.3 样品的SEM 17

3.4 样品的极化曲线 18

第四章 结论和展望 20

4.1 结论 20

4.2 展望 20

参考文献 21

致谢 23

1. 绪论

1.1 燃料电池概述

1.1.1 引言

燃料电池严格来讲并不是最近几十年才兴起的，早在19世纪的时候，就有人开始了这一方面的研究。在当时，人们将其作为一种能量转换装置，希望可以通过研发这种新型装置，利用其不受卡诺循环限制的优势来提高能源的利用效率。可惜的是，虽然一百年以来对于燃料电池的研究没有停止，但研究一直浮于表面，没有深入下去。直到最近几十年以来，由化石资源过度使用带来的枯竭问题，由使用化石能源带来的环境问题，促使人们开始寻求新型的清洁能源。而多年来，人们已经发现了一系列燃料电池的优点^[5]：燃料电池可以等温地按电化学方式直接将化学能转化为电能，实际的效率差不多是普通内燃机的两三倍，并且它的原料来源广泛，噪音低，对环境十分友好，几乎不排放氮和硫的氧化物，碳排放相对来说更是降低了接近20%。

1.1.2 燃料电池分类

燃料电池最常用的分类是按电解质的不同，分成五类^[2]：①熔融碳酸盐燃料电池（Molten Carbonate Fuel Cell），简称MCFC；②碱性燃料电池（Alkaline Fuel Cell），简称AFC；③磷酸型燃料电池（Phosphoric Acid Fuel Cell），简称PAFC；④固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell），简称SOFC；⑤v车子交换膜燃料电池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell），简称PEMFC。本文主要研究PEMFC。

1.2 PEMFC简介

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