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研究生： 張家銘
Chang Chia-Ming
論文名稱： 氧化鈰修飾的燃料電池鉑釕陽極觸媒
Modification of Active Carbon Supported Platinum-Ruthenium (PtRu/C) with Cerium Oxide for DMFC Anode Catalysts
指導教授： 葉君棣
Yeh Chuin-Tih
口試委員:
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 理學院 - 化學系
Department of Chemistry
論文出版年： 2005
畢業學年度： 93
語文別： 中文
論文頁數： 75
中文關鍵詞： 燃料電池 、觸媒
外文關鍵詞： DMFC, catalysts
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    • 本研究是針對PtRu/C觸媒進行改質，希望提高其活性藉以降低金屬的用量。在此實驗中選擇添加CeO2以增加觸媒的分散度及提高觸媒的電化學活性，將製備好的觸媒以XRD和TEM來分析樣品的顆粒大小及分散情況，並利用TPR來了解金屬觸媒與載體之間的作用力，最後以CV測試電化學氧化甲醇的活性。
    添加CeO2後的PtRu/CeC觸媒從TEM的觀察發現其金屬與CeO2容易一起聚集沉積於碳黑上，且在XRD中原本屬於PtRu合金的繞射特徵鋒消失偵測不到，推測是由於CeO2與PtRu間的作用力增加了PtRu的分散度。而在CV氧化甲醇的活性測試發現PtRu/CeC觸媒比PtRu/C能產生更高的電流，在0.5 V(vs SHE)的電流密度(I0.5)是PtRu/C觸媒的4倍。
    此外本研究還討論了以沉澱沉積法(deposition precipitation, DP)、含浸沉澱法(impregnation precipitation, IP)和連續沉澱法(sequential precipitation, SP)三種方法製備PtRu/CeC觸媒，發現以DP法製備之觸媒PtRu與CeO2能形成較強的作用力，並且PtRu與CeO2大部分的比例是沉澱於碳黑的表面，因此其電化學活性是三種製備方法之觸媒活性最佳的。

    第一章 緒論 1 1-1新能源的開發 1 1-2燃料電池 1 1-3 DMFC的工作原理 4 1-4 DMFC的陽極觸媒發展 5 1-5 PtRu觸媒的文獻回顧 8 1-6氧化鈰(Cerium Oxide, CeO2) 12 1-6.1水氣反應(water gas shift reaction, WGS) 13 1-6.2顆粒大小對於CeO2的影響 14 1-6.3 CO的選擇性氧化(selective oxidation of CO) 14 1-6.4 CeO2氧化CO的反應機制 15 1-7程溫還原技術的特性及其應用 15 1-8研究動機及目的 16 第二章 實驗方法 17 2-1藥品 17 2-1觸媒的製備 17 2-2.1沉澱法製備CeO2 17 2-2.2沉澱沉積法製備CeO2/C 17 2-2.3沉澱沉積法製備Pt/C觸媒 19 2-2.4沉澱沉積法製備不同比例Pt/CeC觸媒 19 2-2.5沉澱沉積法製備PtRu/C觸媒 20 2-2.6製備PtRu/CeC觸媒 20 (A) 沉澱沉積法 20 (B) 含浸沉澱法 21 (C) 連續沉澱法 21 2-2.7觸媒之活化處理 22 2-3鑑定觸媒特性之儀器 22 2-3.1觸媒金屬負載量的測量 22 2-3.2 X光粉末繞射儀(XRPD) 22 2-3.3穿透式電子顯微鏡(TEM) 24 2-3.4 程溫還原裝置(TPR) 24 2-4電化學活性測試 27 2-4.1電極製備 27 2-4.2循環伏安法(CV) 27 2-4.3 CO stripping 28 第三章 結果與討論 30 3-1氧化鈰的特性鑑定 30 3-1.1 TPR的結果 32 3-1.2 XRD和TEM的結果 32 3-1.3 CV活性的測試 35 3-2 Pt/CeC 催化劑 38 3-2.1 XRD和TEM的結果 38 3-2.2 TPR的結果 43 3-2.3 CV活性的測試 45 3-3 PtRu/CeC催化劑 47 3-3.1 TEM和XRD的結果 51 3-3.2 TPR的結果 57 3-3.3 CV的活性測試 57 3-3.4 CO stripping 65 3-4 添加CeO2的效果 65 第四章 結論 69 第五章 參考文獻 70 圖錄 圖1-1 DMFC燃料電池操作原理圖。 6 圖1-2 DMFC與PEMFC的電位損失圖。 7 圖 1-3 添加多元金屬對DMFC陽極觸媒的活性影響。 9 圖1-4 Pt-Ru的相圖。 10 圖2-1 程溫還原裝置圖。 25 圖2-2 循環伏安裝置圖。 29 圖3-1 CeO2(P)與CeO2/C之TPR圖。 33 圖3-2 CeO2(P)與CeO2/C之XRD圖譜。 34 圖3-3 CeO2(P)之TEM圖。 36 圖3-4 CeO2/C之TEM圖。 37 圖3-5 CeO2/C甲醇氧化的CV測試圖。 39 圖3-6 Pt/C之TEM圖。 40 圖3-7 Pt/CeC之TEM圖 (a)Pt10/Ce10C (b)Pt10/Ce20C (c)Pt10/Ce30/C。 41 圖3-8 Pt/C與Pt/CeC之XRD圖譜。 42 圖3-9 Pt/C與Pt/CeC之TPR圖。 44 圖3-10 氧化甲醇之CV特性標示圖 46 圖3-11 Pt/CeC觸媒氧化甲醇之CV圖。 48 圖3-12 Pt/C與Pt10/Ce20C氧化甲醇之CV圖。 49 圖3-13 PtRu/C之TEM圖。 52 圖3-14 PtRu/CeC(DP)之TEM圖。 53 圖3-15 PtRu/CeC(IP)之TEM圖。 54 圖3-16 PtRu/CeC(SP)之TEM圖(a)50 kV倍率觀察圖(b)CeO2的顆粒(c)PtRu的顆粒 55 圖3-17 PtRu/C與PtRu/CeC之XRD圖譜。 56 圖3-18 PtRu/CeC之TPR圖。 58 圖3-19 PtRu/CeC觸媒氧化甲醇之CV圖。 59 圖3-20 PtRu/CeC觸媒之示意圖。 61 圖3-21 PtRu/C與PtRu/CeC(DP)甲醇氧化之CV圖。 62 圖3-22 PtRu/CeC(DP)與PtRu/C(E-TEK)氧化甲醇之CV圖。 63 圖3-23 圖3-23 Pt/C觸媒的CO stripping 66 圖3-24 Pt/C、PtRu/C與PtRu/CeC(DP)觸媒之CO stripping。67 表錄 表1-1 燃料電池種類 3 表2-1實驗藥品 18 表2-2 樣品名稱與製備方法 23 表2-3 程溫還原系統的配件 26 表3-1 本實驗製備之觸媒金屬含量及粒徑大小 31 表3-2 Pt系列之觸媒氧化甲醇的CV特性 50 表3-3 本實驗製備之觸媒甲醇氧化的CV特性 64

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