甲烷為燃料的IT-SOFC陽極電催化劑的研究.pdf

1、直接采用碳一氫化合物作燃料是SOFC的發(fā)展趨勢之一。近年來，隨著摻雜CeO<,2>(DCO)作為新型固體氧化物燃料電池電解質的開發(fā)成功，與其相匹配的陽極材料也逐漸成為研究的熱點。 本論文通過對甲烷直接氧化的SOFC陽極催化劑設計、制備、表征、催化活性評價等一系列工作，對甲烷在貧氧狀態(tài)下直接催化氧化進行了較深入的研究。 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>：不同質量

2、百分比的Cu負載的SDC(Sm摻雜的CeO<,2>)；不同質量比的Cu、Co雙金屬負載的SDC陽極電催化劑。對催化劑進行了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構。對焙燒的時間和溫度進行了研究，焙燒時間越長，溫度越高，晶體結構尺寸越大。但是如果焙燒的溫度太低，或

3、時間太短，就無法形成完整的螢石型結構，結構發(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元素進入了CeO<,2>的晶格中，形成了單相固溶體，這些物質均為正交晶系，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構。Cu、Co的存在，不影響SDC的晶體結構，證明DCO的螢石型結構有很高的穩(wěn)定性。 SEM表征結果表明用GNP燃燒法制得的催化劑粉體顆粒均勻，粒度達到了納米級，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。 對雙金屬負載的SDC進行了TPR表征發(fā)現(xiàn)，Co含量的增大會使還原溫度向高溫方向移動，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反而會影響到Co的還原。 結合催化劑的反應工藝條件，考察了催化劑組成等因素對催化劑的活性影響。結果表明：Cu、Co雙負載的SD