簡易檢索 / 詳目顯示

研究生: 林永杰
Lin, Yung-Jie
論文名稱: 碳紙上生長奈米碳管及其在甲醇燃料電池上之應用
指導教授: 黃國柱
Hwang, Kuo-Chu
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: 2010
畢業學年度: 98
語文別: 中文
論文頁數: 69
中文關鍵詞: 奈米碳管碳紙甲醇燃料電池大氣電漿
相關次數: 點閱:1下載:0
分享至:
查詢本校圖書館目錄 查詢臺灣博碩士論文知識加值系統 勘誤回報
  • 碳紙上成長奈米碳管不但可以增加電極沉積催化劑的表面積,更可利用奈米碳管的良好電子傳遞能力來增加其導電度。因此,奈米碳管非常適合應用在電子元件或傳感器的設計。此外,利用大氣電漿對奈米碳管進行表面改質,不但能增加奈米碳管表面的化學性質,更重要的是可以保持奈米碳管在基材上的排列性。在電化學交流阻抗分析上,建構碳紙成長碳管的等效電路模型,藉由此模型可以分析元件在溶液中的電化學行為。最終,將此基材利用於甲醇燃料電池;其優點可以解決使用碳黑所面臨的質量傳遞。而在觸媒的設計上,則以Galvanic Replacement 的方式於Pt的奈米觸媒添加Au的成分,藉此來提升對甲醇的催化活性。


    摘要..................................................... I 目錄.................................................... II 圖目錄................................................... V 表目錄 ................................................. IX 第一章:緒論 ............................................ 1 1-1:發展替代能源 ....................................... 1 1-2:燃料電池 ........................................... 3 第二章:文獻回顧 ........................................ 6 2-1:直接甲醇燃料電池(Direct Methanol Fuel Cell, DMFC) .. 6 2-2:膜電極組(Membrane Electrode Assembly, MEA) ......... 8 2-3:膜電極組的改良 .................................... 11 2-4:奈米碳管於觸媒載體的應用 .......................... 12 2-5:直接甲醇燃料電池的觸媒發展 ........................ 13 2-6:直接甲醇燃料電池的發展瓶頸 ........................ 16 第三章:實驗方法 ....................................... 17 3-1:實驗動機 .......................................... 17 3-2:實驗流程圖 ........................................ 18 3-3:實驗藥品與材料 .................................... 19 3-4:實驗儀器 .......................................... 20 3-5:實驗步驟 .......................................... 21 3-5-1:於碳紙上直接成長垂直陣列奈米碳管 ................ 21 3-5-2:於碳紙上的垂直陣列奈米碳管作表面改質 ............ 22 3-5-3:鉑(Pt)觸媒的合成與其電極製備 .................... 23 3-5-4:鉑金(PtAu)觸媒的合成與其電極製備 ................ 23 3-6:實驗測詴分析步驟 .................................. 24 3-6-1:電極的金屬離子溶出測詴 .......................... 24 3-6-2:電極的電子傳遞測詴 .............................. 24 3-6-3:電極的交流阻抗測詴 .............................. 25 3-6-4:電化學表面積測詴 ................................ 25 3-6-5:電化學甲醇氧化測詴 .............................. 25 3-6-6:觸媒計時安培法測詴 .............................. 26 第四章:實驗結果與討論 ................................. 27 4-1:於碳紙上成長奈米碳管 .............................. 27 4-2:對碳紙上所成長的奈米碳管進行改質 .................. 30 4-3:碳紙上成長奈米碳管與改質後的電化學性質分析 ........ 37 4-4:碳紙上成長奈米碳管與改質的電化學交流阻抗圖 ........ 41 4-5:分析觸媒在奈米碳管的分散與活性 .................... 49 4-6:以Galvanic Replacement Reaction製備PtAu觸媒 ....... 53 第五章:結論 ........................................... 64 參考文獻 . ............................................. 66

    1. International Energy Agency, World Energy Outlook, p66,
    2006
    2. 經濟部能源局97年度年報, p11
    3. 經濟部能源局,2007年能源科技研究發展白皮書
    4. Shimshon Gottesfeld, Charles F. Keller, Steffen Moller-
    Holst, Antonio Redondo, Fuel Cell:Green Power, p22, 2006
    5. James Larminie, Andrew Dicks, Fuel Cell Systems
    Explained Second Edition, p15, 2003
    6. James Larminie, Andrew Dicks, Fuel Cell Systems
    Explained Second Edition, p304, 2003
    7. James Larminie, Andrew Dicks, Fuel Cell Systems
    Explained Second Edition, p147, 2003
    8. Gierke, T. D.; Munn, G. E.; Wilson, F. C. Journal of
    Polymer Science: Polymer Physics Edition 1981, 19, 1687.
    9. Gierke, T. D.; Hsu, W. Y. Perfluorinated Ionomer
    Membranes, p283, 1982
    10. Schmidt-Rohr, K.; Chen, Q. Nature Materials 2008, 7, 75.
    11. Lindermeir, A.; Rosenthal, G.; Kunz, U.; Hoffmann, U.
    Journal of Power Sources 2004, 129, 180.
    12. Britto, P. J.; Santhanam, K. S. V.; Rubio, A.; Alonso,
    J. A.; Ajayan, P. M. Advanced Materials 1999, 11, 154.
    13. Pantea, D.; Darmstadt, H.; Kaliaguine, S.; Summchen,
    L.; Roy, C. Carbon 2001, 39, 1147.
    14. Zhao, X. S.; Li, W. Z.; Jiang, L. H.; Zhou, W. J.; Xin,
    Q.; Yi, B. L.; Sun, G. Q. Carbon 2004, 42, 3263.
    15. Matsumoto, T.; Komatsu, T.; Nakano, H.; Arai, K.;
    Nagashima, Y.; Yoo, E.; Yamazaki, T.; Kijima, M.;
    Shimizu, H.; Takasawa, Y.; Nakamura, J. Catalysis Today
    2004, 90, 277.
    16. Shao, Y. Y.; Yin, G. P.; Zhang, J.; Gao, Y. Z.
    Electrochimica Acta 2006, 51, 5853.
    17. Jiujun Zhang, PEM Fuel Cell Electrocatalysts and
    Catalyst Layers, p173, 2008
    18. Kua, J.; Goddard, W. A. Journal of the American
    Chemical Society 1999, 121, 10928.
    19. Waszczuk, P.; Lu, G. Q.; Wieckowski, A.; Lu, C.; Rice,
    C.; Masel, R.I. Electrochimica Acta 2002, 47, 3637.
    20. Watanabe, M.; Zhu, Y. M.; Uchida, H. Journal of
    Physical Chemistry B 2000, 104, 1762.
    21. Bock, C.; Paquet, C.; Couillard, M.; Botton, G. A.;
    MacDougall, B. R. Journal of the American Chemical
    Society 2004, 126, 8028.
    22. Yang, S. C.; Peng, Z. M.; Yang, H. Advanced Functional
    Materials 2008, 18, 2745.
    23. Alayoglu, S.; Eichhorn, B. Journal of the American
    Chemical Society 2008, 130, 17479.
    24. Liu, Z. F.; Jackson, G. S.; Eichhorn, B. W. Angewandte
    Chemie-International Edition 2010, 49, 3173.
    25. Liang, Y. M.; Zhang, H. M.; Zhong, H. X.; Zhu, X. B.;
    Tian, Z. Q.; Xu, D. Y.; Yi, B. L. Journal of Catalysis
    2008, 260, 392.
    26. Liang, Y. M.; Zhang, H. M.; Tian, Z. Q.; Zhu, X. B.;
    Wang, X. L.; Yi, B. L. Journal of Physical Chemistry B
    2006, 110, 7828.
    27. Kawaguchi, T.; Rachi, Y.; Sugimoto, W.; Murakami, Y.;
    Takasu, Y. Journal of Applied Electrochemistry 2006,
    36, 1117.
    28. Neto, A. O.; Dias, R. R.; Tusi, M. M.; Linardi, M.;
    Spinace, E. V. Journal of Power Sources 2007, 166, 87.
    29. Kuver, A.; Vogel, I.; Vielstich, W. Journal of Power
    Sources 1994, 52, 77.
    30. Wang, J. T.; Wasmus, S.; Savinell, R. F. Journal of the
    Electrochemical Society 1996, 143, 1233.
    31. Dujardin, E.; Ebbesen, T. W.; Krishnan, A.; Treacy, M.
    M. J. Advanced Materials 1998, 10, 611.
    32. Nagasawa, S.; Yudasaka, M.; Hirahara, K.; Ichihashi,
    T.; Iijima, S. Chemical Physics Letters 2000, 328, 374.
    33. Yu, R. Q.; Chen, L. W.; Liu, Q. P.; Lin, J. Y.; Tan, K.
    L.; Ng, S. C.; Chan, H. S. O.; Xu, G. Q.; Hor, T. S. A.
    Chemistry of Materials 1998, 10, 718.
    34. Hiura, H.; Ebbesen, T. W.; Tanigaki, K. Advanced
    Materials 1995, 7, 275.
    35. Hsin, Y. L.; Lai, J. Y.; Hwang, K. C.; Lo, S. C.; Chen,
    F. R.; Kai, J. J. Carbon 2006, 44, 3328.
    36. Viswanathan, G.; Chakrapani, N.; Yang, H. C.; Wei, B.
    Q.; Chung, H. S.; Cho, K. W.; Ryu, C. Y.; Ajayan, P. M.
    Journal of the American Chemical Society 2003, 125,
    9258.
    37. Bahr, J. L.; Yang, J. P.; Kosynkin, D. V.; Bronikowski,
    M. J.; Smalley, R.E.; Tour, J. M. Journal of the
    American Chemical Society 2001, 123, 6536.
    38. O'Connell, M. J.; Boul, P.; Ericson, L. M.; Huffman,
    C.; Wang, Y. H.; Haroz, E.; Kuper, C.; Tour, J.;
    Ausman, K. D.; Smalley, R. E. Chemical Physics Letters
    2001, 342, 265.
    39. Chen, R. J.; Zhang, Y. G.; Wang, D. W.; Dai, H. J.
    Journal of the American Chemical Society 2001, 123,
    3838.
    40. Ignaszak, A.; Ye, S. Y.; Gyenge, E. Journal of Physical
    Chemistry C 2009, 113, 298.
    41. Koresh, J.; Soffer, A. Journal of the Electrochemical
    Society 1977, 124, 1379.
    42. Rolison, D. R. Science 2003, 299, 1698.
    43. Smiljanic, P.; Dellero, T.; Serventi, A.; Lebrun, G.;
    Stansfield, B. L.;Dodelet, J. P.; Trudeau, M.;
    Desilets, S. Chemical Physics Letters 2001, 342, 503.
    44. Zhao, Z. G.; Ci, L. J.; Cheng, H. M.; Bai, J. B. Carbon
    2005, 43, 663.
    45. Sun, X.; Li, R.; Stansfield, B.; Dodelet, J. P.;
    Desilets, S. Chemical Physics Letters 2004, 394, 266.
    46. Qian, H.; Bismarck, A.; Greenhalgh, E. S.; Kalinka, G.;
    Shaffer, M. S. P. Chemistry of Materials 2008, 20, 1862.
    47. Li, P.; Zhao, Q.; Zhou, X. G.; Yuan, W. K.; Chen, D.
    Journal of Physical Chemistry C 2009, 113, 1301.
    48. Liu, H. P.; Cheng, G.; Zheng, R. T.; Zhao, Y.; Liang,
    C. L. Journal of Molecular Catalysis a-Chemical 2005,
    230, 17.
    49. Ren, Z. F.; Huang, Z. P.; Xu, J. W.; Wang, J. H.; Bush,
    P.; Siegal, M. P.; Provencio, P. N. Science 1998, 282,
    1105.
    50. Hata, K.; Futaba, D. N.; Mizuno, K.; Namai, T.; Yumura,
    M.; Iijima, S. Science 2004, 306, 1362.
    51. Wang, B. A.; Liu, X. Y.; Liu, H. M.; Wu, D. X.; Wang,
    H. P.; Jiang, J. M.; Wang, X. B.; Hu, P. A.; Liu, Y.
    Q.; Zhu, D. B. Journal of Materials Chemistry 2003, 13,
    1124.
    52. Talapatra, S.; Kar, S.; Pal, S. K.; Vajtai, R.; Ci, L.;
    Victor, P.; Shaijumon, M. M.; Kaur, S.; Nalamasu, O.;
    Ajayan, P. M. Nature Nanotechnology 2006, 1, 112.
    53. Villers, D.; Sun, S. H.; Serventi, A. M.; Dodelet, J.
    P.; Desilets, S. Journal of Physical Chemistry B 2006,
    110, 25916.
    54. Tsai, M. C.; Yeh, T. K.; Tsai, C. H. Electrochemistry
    Communications 2006, 8, 1445.
    55. Qu, L. T.; Zhao, Y.; Dai, L. M. Small 2006, 2, 1052.
    56. Wang, C. H.; Dub, H. Y.; Tsai, Y. T.; Chen, C. P.;
    Huang, C. J.; Chen, L. C.; Chen, K. H.; Shih, H. C.
    Journal of Power Sources 2007, 171, 55.
    57. Yokoyama, T.; et al. Journal of Physics D: Applied
    Physics 1990, 23, 1125.
    58. Choi, Y.-H.; Kim, J.-H.; Paek, K.-H.; Ju, W.-T.; Hwang,
    Y. S. Surface and Coatings Technology 2005, 193, 319.
    59. Patent, WO 2007/064777 A2
    60. Kelly, M. J.; Fafilek, G.; Besenhard, J. O.;
    Kronberger, H.; Nauer, G. E. Journal of Power Sources
    2005, 145, 249.
    61. Nugent, J. M.; Santhanam, K. S. V.; Rubio, A.; Ajayan,
    P. M. Nano Letters 2001, 1, 87.
    62. Hampson, N. A.; Karunathilaka, S. A. G. R.; Leek, R.
    Journal of Applied Electrochemistry 1980, 10, 3.
    63. Tang, Z.; Ng, H. Y.; Lin, J. Y.; Wee, A. T. S.; Chua,
    D. H. C. Journal of the Electrochemical Society 2010,
    157, B245.
    64. Sun, X.; Li, R.; Villers, D.; Dodelet, J. P.; Desilets,
    S. Chemical Physics Letters 2003, 379, 99.
    65. Villers, D.; Sun, S. H.; Serventi, A. M.; Dodelet, J.
    P.; Desilets, S. Journal of Physical Chemistry B 2006,
    110, 25916.
    66. Qu, L. T.; Dai, L. M. Journal of the American Chemical
    Society 2005, 127, 10806.
    67. Borodko, Y.; Habas, S. E.; Koebel, M.; Yang, P. D.;
    Frei, H.; Somorjai, G. A. Journal of Physical Chemistry
    B 2006, 110, 23052.
    68. Hsin, Y. L.; Hwang, K. C.; Yeh, C. T. Journal of the
    American Chemical Society 2007, 129, 9999.
    69. Pozio, A.; De Francesco, M.; Cemmi, A.; Cardellini, F.;
    Giorgi, L. Journal of Power Sources 2002, 105, 13.
    70. Tang, H.; Chen, J. H.; Nie, L. H.; Liu, D. Y.; Deng,
    W.; Kuang, Y. F.; Yao, S. Z. Journal of Colloid and
    Interface Science 2004, 269, 26.

    無法下載圖示 全文公開日期 本全文未授權公開 (校內網路)
    全文公開日期 本全文未授權公開 (校外網路)

    QR CODE