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摘 要

氢能作为一种清洁、高效能源日益受到人们广泛的重视。寻找一种廉价，高效和稳定的最佳制氢方法是氢能源商业化应用的关键。固体聚合物电解质(SPE)电解水制氢技术具有效率高、能耗低、电解质性能稳定、安全可靠等优点，在军事、能源、工业、科研等方面用途广泛且发展潜力很大。然而由于SPE膜电极催化剂成本较高，目前为止电解水制氢仍无法达到大规模工业化产氢要求。

本文通过浸渍-还原法制备电解水纯铂，纯银催化剂层，研究发现纯银催化层对电解水效率促进作用较小。在此基础上，采用两步法制备了铂银二元催化剂（原子比1:1），其催化效果优于传统纯Pt催化剂；探索了Ag 浓度和浸渍-还原时间对Pt₁Ag₁催化剂电解水效率的影响，发现当银离子浓度为0.34g/L，浸渍时间为2.5 h，还原时间为2.5 h时，所得催化剂催化效果最佳。

关键词：氢能 质子交换膜 化学镀铂 电解水制氢 电解效率

Pt - Ag catalyst preparation and its application in the SPE electrode

ABSTRACT

Hydrogen energy, as a clean, high-efficiency and renewable energy, has getting more and more attention. Finding a best way of generating hydrogen fuel is very important for hydrogen energy commercializing. Solid-Polymer-Electrolyze (SPE) water de-electrolyzing technique has many advantages such as high efficiency, low energy consumption, stable, safety and reliable, etc. It can be widely used in various areas and has great potential of future application. However, due to the high initial cost of SPE catalysts, up to now, SPE water de-electrolyze system did not reach industry scale for hydrogen production.

In this paper, through the dip - reduction process, electrolysis of water pure platinum silver catalyst layer, the study found that silver catalyst layer on the electrolysis of water efficiency promoting effect is small. On this basis, using two-step platinum silver binary catalyst was prepared (atomic ratio 1:1), its catalytic effect is superior to the traditional pure Pt catalyst; Explores the Ag concentration and dipping - reduction time influence on Pt1Ag1 catalyst efficiency of electrolysis of water, found that when the silver ion concentration is 0.34 g/L, dipping time is 2.5 h, reduction of 2.5 h, the catalytic effect is best.

Key Words: Hydrogen energy; Proton exchange membrane; Chemical platinum deposition; Water electrolysis for hydrogen

目 录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 SPE电解水制氢技术 1

1.2.1 SPE电解水的工作原理及特点 3

1.2.2 SPE电解水制氢技术发展现状 3

1.3 SPE水电解膜电极关键材料研究进展 5

1.3.1 SPE膜 5

1.3.2 SPE电解水氢电极催化层 6

1.4 SPE电解水技术发展及应用前景 9

1.5 本论文的研究意义及研究内容 11

1.5.1 研究意义 11

1.5.2 研究内容 12

第二章 实验方法 13

2.1 实验原料及主要设备 13

2.1.1实验材料 13

2.1.2实验仪器 13

2.2 质子交换膜的前处理 14

2.3 浸渍-还原法 15

2.3.1浸渍-还原法原理 15

2.3.2 浸渍-还原法制备催化层 16

2.4电化学性能研究-动电位扫描 17

第三章 二元催化剂电解水性能研究 18

3.1 实验部分 18

3.1.1硝酸银溶液的配置 18

3.1.2 Pt-Ag催化层的制备 18

3.2结果与讨论 19

3.2.1纯铂对电解水效率的影响 19

3.2.2纯银镀层电解水效率的影响 20

3.2.3铂银二元催化剂SPE对电解水效率的影响 20

3.2.4银离子浓度对电解水效率的影响 21

3.2.5浸渍-还原时间对电解水效率的影响 21

3.3本章小结 23

第四章 结论和展望 24

4.1结论 24

4.2展望 24

参考文献 25

致谢 27

第一章 绪论

1.1 引言

能源和环境是人类赖以生存和发展的基础，当今世界正面临着能源短缺、环境污染和温室效应等诸多问题，如何实现人类社会、经济与环境的协调可持续发展，已经引起国际社会的普遍关注。为了解决这些问题，开发洁净新能源和可再生能源迫在眉睫，人类必须在化石能源濒临崩溃之前，完成替代和相关技术的开发。因此，开发新能源已成为世界各国共同的目标。

目前，国际能源界普遍认为，氢能具备了高效、清洁的特征，是未来较为理想的能源。在二十一世纪中后期，氢能源将会取代化石能源，而人类也将会进入氢能经济发展时代。氢能源和氢经济是二十一世纪全球能源与环境协调发展的最佳和必然条件^[1]。

氢能是公认的清洁能源，也是一种二次能源。它的来源广，资源极其丰富。然而要将氢能作为能源造福人类还面临三大难题：(1)氢气大量、廉价地制取；(2)氢气安全方便地储运；(3)氢气广泛、经济的应用形式。因此，国际社会对制氢技术的开发给予了高度的重视，学术界也开始了广泛的相关研究。

1.2 SPE电解水制氢技术

SPE是“固体聚合物电解质”的简称，SPE电解水制氢技术的全称是固体聚合物电解质电解水制氢技术^[2]。

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