以去合金化.PDF

臺北市第 47屆中小學科學展覽會 作品說明書 科別：化學科 組別：高中組 作品名稱：以去合金化製程備製小顆粒鉑合金觸媒應用於 直接甲醇燃料電池 關鍵詞： 去合金化、鉑合金觸媒 、直接甲醇燃料電池 編號： 1 目錄 摘要P3 壹、研究動機P4 貳、研究目的P5 參、研究原理與儀器介紹P6 一、去合金製成原理P6 二 、甲醇燃料電池工作原理P7 三、循環伏安法原理P8 四、形成核與粒子大小原理P8 五、穿透式電子顯微鏡原理P9 六、感應耦合電漿質譜分析儀原理P10 肆、研究設備及藥品P11 一、研究設備P11 二、研究藥品P12 伍、研究步驟P13 一、PtCo 觸媒製備P13 (一)將 CoSO4 和 K2PtCl4 混合還原出 PtCo 合金粒子P13 (二)將 PtCo 合金的 Co 溶除P13 二、PtPd 觸媒製備P14 (一)將 H2PdCl4 和 K2PtCl6 混合還原出 PtPd 合金粒子P14 (二)將 PtPd 合金的 Pd 溶除P14 陸、結果與討論P15 一、氣體吸附法分析P15 二、EDS 分析P18 三、TEM 分析P20 四、XRD 分析P21 柒、結論P22 捌、參考資料P23 2 摘要 本實驗研究的目的，在找到適當的材料和觸媒備製方法以提升直接甲醇燃料電池(DMFC) 的發電效率。目前產業界應用的 DMFC 觸媒主要是利用 Pt/C ，基於現在Pt 是貴重金屬，價格 昂貴，增加 Pt 反應表面積與縮小其顆粒以減少 Pt 用量成為很重要的議題。 本研究利用多元醇還原法還原不同的雙元合金，再將 Pt 以外的金屬皆溶蝕掉，藉以製造 出不同顆粒大小、不同表面結構的 Pt 觸媒。本研究選用 PtCo 與 PtPd 作為研究的材料。 再經過 XRD 、EDS 、TEM 、循環伏安法、ICP 的數據中發現，PtCo 去合金化後所增加的 電化學活性表面積(EASA)遠大於 PtPd ，理由應該是PtCo 中的 Co 相對於 Pd 來說是比較好溶除 的，較容易有多孔性結構，且 PtCo 的 Pt 粒子也相對於 PtPd 來的小，增加表面積。 未來若再利用多元醇還原法還原 Pt 於載體的時候，相對於單純合成 Pt ，先去找尋Pt 粒子 較小的雙元合金，在將其合成在載體上，再將其溶除，就可以得到相對於單純合成 Pt 來的小 且多孔表面積的觸媒。 3 壹、研究動機 隨著科技的發展日新月異，地球人口急遽上升，對於能源的需求也不斷增加，但是不可 再生能源已因為過度開發而趨於枯竭。在高二的化學課程中提到了—氫質子交換膜燃料電池 ， 令我們對不會造成汙染的綠色能源產生莫大的興趣，並想尋找其他低汙染的綠色能源。 4 貳、研究目的 直接 甲醇燃料電池所使用的金屬觸媒主要為 Pt 觸媒，Pt 觸媒具有化學穩定性高、高活性、 高導電性等優點，但由於 Pt 屬於貴金屬，且甲醇氧化的過程中會產生 CO ，而Pt 又會與 CO 產生強鍵結不容易脫附，這樣一來鉑金屬的表面就會被一氧化碳佔據，使得電池的功率下降， 造成觸媒毒化，如果欲實際應用則必須有效降低成本及降低觸媒毒化率，如何提高 Pt 觸媒的 效率是其成功的關鍵。 本實驗是利用多元醇法還原雙原子金屬製成 D