甲烷為燃料的IT-SOFC陽(yáng)極電催化劑的研究.pdf

1、直接采用碳一氫化合物作燃料是SOFC的發(fā)展趨勢(shì)之一。近年來(lái)，隨著摻雜CeO<,2>(DCO)作為新型固體氧化物燃料電池電解質(zhì)的開發(fā)成功，與其相匹配的陽(yáng)極材料也逐漸成為研究的熱點(diǎn)。 本論文通過對(duì)甲烷直接氧化的SOFC陽(yáng)極催化劑設(shè)計(jì)、制備、表征、催化活性評(píng)價(jià)等一系列工作，對(duì)甲烷在貧氧狀態(tài)下直接催化氧化進(jìn)行了較深入的研究。 采用甘氨酸(GNP)燃燒法制備了四種不同稀土元素(Sm、Tb、Yb、Nd)摻雜的CeO<,2>：不同質(zhì)量

2、百分比的Cu負(fù)載的SDC(Sm摻雜的CeO<,2>)；不同質(zhì)量比的Cu、Co雙金屬負(fù)載的SDC陽(yáng)極電催化劑。對(duì)催化劑進(jìn)行了DSC/TGA、XRD、SEM等表征和分析。DSC/TGA用于確定焙燒過程的熱分解、晶化溫度，確定催化劑的焙燒工藝條件。 通過XRD表征發(fā)現(xiàn)上述四種稀土摻雜的CeO<,2>在較低的溫度下形成單一完整的螢石型結(jié)構(gòu)。對(duì)焙燒的時(shí)間和溫度進(jìn)行了研究，焙燒時(shí)間越長(zhǎng)，溫度越高，晶體結(jié)構(gòu)尺寸越大。但是如果焙燒的溫度太低，或

3、時(shí)間太短，就無(wú)法形成完整的螢石型結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)以700℃焙燒4h為最佳。其次，XRD表征還發(fā)現(xiàn)Sm、Tb、Yb、Nd元素進(jìn)入了CeO<,2>的晶格中，形成了單相固溶體，這些物質(zhì)均為正交晶系，這表明稀土元素的摻雜并沒有根本上改變氧化鈰的晶相結(jié)構(gòu)。Cu、Co的存在，不影響SDC的晶體結(jié)構(gòu)，證明DCO的螢石型結(jié)構(gòu)有很高的穩(wěn)定性。 SEM表征結(jié)果表明用GNP燃燒法制得的催化劑粉體顆粒均勻，粒度達(dá)到了納米級(jí)，尺寸大概在60-70nm左右。

4、并且由于Sm摻雜的CeO<,2>粉體粒子呈短棒狀，因此有很好的疏松度。 對(duì)雙金屬負(fù)載的SDC進(jìn)行了TPR表征發(fā)現(xiàn)，Co含量的增大會(huì)使還原溫度向高溫方向移動(dòng)，但是Cu的存在可以使Co在較低溫度下被還原，有利于低溫活性的改善。此外，可能由于Cu和Co是以Cu包覆在Co外面的形式存在的，因此，過多的Cu反而會(huì)影響到Co的還原。 結(jié)合催化劑的反應(yīng)工藝條件，考察了催化劑組成等因素對(duì)催化劑的活性影響。結(jié)果表明：Cu、Co雙負(fù)載的SD