以硼酸擔載鉑釕合金之氧化石墨烯在甲醇氧化反應之應用

Translated title of the thesis: Application of Graphene Oxide Loaded with Platinum/Ruthenium by Boric Acid for Methanol Oxidation
  • 李 宛儒

Student thesis: Master's Thesis

Abstract

為因應氣候變遷,開發乾淨能源已成趨勢。直接甲醇燃料電池具有低汙染、高效率、低噪音、免充電、進料來源廣且燃料儲存容易等優勢,在攜帶型裝置的應用上有極高發展潛力。然而甲醇氧化反應速率遠低於氫氣氧化反應速率,同時白金觸媒昂貴且易毒化,阻礙其商業化發展。本研究混合硼酸、鉑釕前驅物與氧化石墨烯以水熱法合成甲醇氧化觸媒,探討氧化石墨烯在還原前靜置於空氣的時間、不同還原方法、不同硼酸重量、不同水熱還原溫度、不同水熱還原時間等條件對觸媒特性之影響,並求得最佳製備條件以得最高甲醇氧化活性。 XRD結果顯示,氧化石墨烯在還原前靜置於空氣中的時間會影響其層間距。新鮮製備的氧化石墨烯層間距(0 850 nm)大於靜置3個月的氧化石墨烯 (0 803 nm)。加入15 4倍氧化石墨烯重量的硼酸,在180 oC下加熱5小時合成觸媒進行電化學測試,電化學活性面積與甲醇氧化比活性皆隨靜置時間增加而下降。 使用靜置3個月的氧化石墨烯,經由不同還原方法合成觸媒,電化學測試結果顯示同時還原氧化石墨烯與鉑釕合成觸媒,電化學活性面積為先水熱還原氧化石墨烯再擔載鉑釕之觸媒的2 09倍,比活性為3 06倍。 使用新鮮製備的氧化石墨烯合成觸媒,在硼酸重量為15 4倍氧化石墨烯重量、水熱溫度為180 oC、加熱時間為5小時的條件下,白金觸媒在0 4V (vs Ag/AgCl)有最大質量活性240 A/gPt及比活性1 46 s-1,為未在製程中加入硼酸所製觸媒的2 73倍及1 92倍,代表加入硼酸不僅能降低白金奈米粒徑、提升觸媒電化學活性面積,更在本質上提升甲醇氧化比活性。 XPS結果顯示無論有無硼酸加入,皆無硼摻雜情形,然而隨著硼酸重量增加,碳材結構中C-O官能基比例下降,推測硼酸加入有助於移除氧化石墨烯中C-O官能基,降低碳材表面電荷傳輸阻力,進而提升甲醇氧化比活性。
Date of Award2017 Aug 23
Original languageChinese
SupervisorMing-Chang Yang (Supervisor)

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