cusdc阳极直接氧化甲烷的机理研究【字数：9828】
摘 要传统的SOFC镍基阳极直接使用碳氢气体作燃料时，容易在阳极发生积碳反应。积碳不仅会使阳极的活性迅速降低，造成电池输出性能的衰减，而且会堵塞燃料的传输通道，使电池不能正常运行。Cu和SDC（Sm-doped ceria）被证明作为催化剂时，对碳氢气体具有良好的催化活性，同时无积碳产生。本课题通过制备Cu/SDC阳极，以甲烷为燃料，结合实验分析来研究其在直接氧化甲烷的反应机理，为其进一步应用打下基础。
目 录
1． 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 固体氧化物燃料电池 1
1.2.1 工作原理 2
1.2.2 结构类型 3
1.2.3 材料的介绍 4
1.2.4 燃料的介绍 5
1.3 课题研究背景 6
1.4 Cu/SDC阳极材料的研究背景 6
1.5 国内外研究现状 7
1.6 本文研究目的 7
2． 实验部分和表征方法 9
2.1 实验部分 9
2.1.1 实验药品 9
2.1.2 实验设备 9
2.1.3 测试所需仪器 10
2.1.4 CSCO粉末及多孔陶瓷的制备 10
2.1.5 Cu/SDC多孔陶瓷的制备 10
2.2 表征方法 10
2.2.1 X射线衍射（XRD） 10
2.2.2 扫描电子显微镜（SEM） 11
2.2.3 X光电子能谱（XPS） 12
3. 结果与讨论 13
3.1 CSCO粉末的XRD谱图分析 13
3.2 Cu/SDC多孔陶瓷片的XRD图 13
3.3 多孔陶瓷的微观结构表征与分析 15
3.4 Cu催化的机理分析 16
4. 总结与展望 19
4.1 总结 19
4.2未来展望 19
参考文献 20
致 谢 22
绪论
1.1引言
能源在国民经济中具有特别重要的战略地位，为我 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
们人类社会生存以及生活进步的奠定了一个强大的基础。现在人类利用的主要能源仍然是化石燃料，化石燃料的价格能够维持比较经济的水平，其使用给人类提供了极大的方便。然而随着社会的发展，传统的化石燃料利用技术在能源利用上不够充分，技术过后产生的残留物极大的污染了环境、威胁人类的健康。从当下的能源使用速度来看，想要在很长时间内继续使用是相当困难的。当前，能源的供应以及在需求方面是十分不对等的，有中国、印度等发展中国家，美国、英国等发达国家在内的许多国家都竭尽全力开拓可持续能源，同时维护、合理使用现有的资源基础，全面改善当下的资源匮乏的局面，满足人类生活、社会进步的需求，并且净化自然，保护地球环境。
燃料电池是优于传统发电方式的新一代发电装置，它不需要经过燃烧过程，就可以在保持恒定温度下不经过其他程序将燃料以及氧化剂通过一系列的电化学反应使燃料的能量转变为所需的电能，可以大大减少对环境的污染，同时因为不受卡诺循环的影响，其对能量利用的转换效率大约在50%左右，也是比较客观的。若通过利用热电共生的原理以及使用其热能，那么其对能量的转换效率可在80%左右。这些优点使得燃料电池技术极有可能在不久的将来成为重要的供电手段。
燃料电池是一种高效率且是清洁发电的优良技术，在这方面的应用十分广阔，也是被称为在20世纪可以促进人类生活进步的十大优良技术之一。我国的人口平均能源资源并不富裕，之前在资源上主要是缺少电量，到当下转换成缺少新系统备用容量、调峰能力、电网建设之后以及在传统的发电方式上对环境造成的不良影响下，极力研发并且开展微小型化的燃料电池发电技术是非常有前景意义的，这样的优秀的发电技术，同时与传统的大型发电机组、大电网相结合可以给我国带来非常大的能源效益，是非常值得期待的。
1.2固体氧化物燃料电池
固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell，简称SOFC）属于第四代燃料电池，是一种将燃料经过一系列转换得到的能量且无需经过其他操作转变成所需的电能的全固态电化学发电系统SOFC。
1.2.1工作原理
图11 SOFC工作原理示意图
SOFC工作原理示意图如图11所示。在固体氧化物燃料电池工作时，将燃料气体如氢气通入阳极，保持气体充分与电极接触并发生反应，利用阳极的结构特征使得燃料气体能够接触到电解质表面。在阴极通入气体，通常条件下气体为空气或者O2，因为阴极具有一定的催化能力，氧原子获得电子，在扩散条件下，到达固体电解质表面并发生反应。
若选择其中的CH4作为SOFC的燃料时，燃料电池的化学反应可以是一个氧化还原反应方程式（11）表示：
CH4+2O2→2H2O+CO2 （11）
上述的反应同时也可以分为两个反应，在阴极上，其化学式表示为：
O2+4e→2O2－ （12）
CH4在阳极上，其化学式表示为：
CH4+4O2－→2H2O+CO2+8e （13）
在SOFC中，固体电解质具有能够运输氧离子，隔绝空气以及燃料气体等发生不良反应，防止电子乱入电池其他部件等作用。
目 录
1． 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 固体氧化物燃料电池 1
1.2.1 工作原理 2
1.2.2 结构类型 3
1.2.3 材料的介绍 4
1.2.4 燃料的介绍 5
1.3 课题研究背景 6
1.4 Cu/SDC阳极材料的研究背景 6
1.5 国内外研究现状 7
1.6 本文研究目的 7
2． 实验部分和表征方法 9
2.1 实验部分 9
2.1.1 实验药品 9
2.1.2 实验设备 9
2.1.3 测试所需仪器 10
2.1.4 CSCO粉末及多孔陶瓷的制备 10
2.1.5 Cu/SDC多孔陶瓷的制备 10
2.2 表征方法 10
2.2.1 X射线衍射（XRD） 10
2.2.2 扫描电子显微镜（SEM） 11
2.2.3 X光电子能谱（XPS） 12
3. 结果与讨论 13
3.1 CSCO粉末的XRD谱图分析 13
3.2 Cu/SDC多孔陶瓷片的XRD图 13
3.3 多孔陶瓷的微观结构表征与分析 15
3.4 Cu催化的机理分析 16
4. 总结与展望 19
4.1 总结 19
4.2未来展望 19
参考文献 20
致 谢 22
绪论
1.1引言
能源在国民经济中具有特别重要的战略地位，为我 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
们人类社会生存以及生活进步的奠定了一个强大的基础。现在人类利用的主要能源仍然是化石燃料，化石燃料的价格能够维持比较经济的水平，其使用给人类提供了极大的方便。然而随着社会的发展，传统的化石燃料利用技术在能源利用上不够充分，技术过后产生的残留物极大的污染了环境、威胁人类的健康。从当下的能源使用速度来看，想要在很长时间内继续使用是相当困难的。当前，能源的供应以及在需求方面是十分不对等的，有中国、印度等发展中国家，美国、英国等发达国家在内的许多国家都竭尽全力开拓可持续能源，同时维护、合理使用现有的资源基础，全面改善当下的资源匮乏的局面，满足人类生活、社会进步的需求，并且净化自然，保护地球环境。
燃料电池是优于传统发电方式的新一代发电装置，它不需要经过燃烧过程，就可以在保持恒定温度下不经过其他程序将燃料以及氧化剂通过一系列的电化学反应使燃料的能量转变为所需的电能，可以大大减少对环境的污染，同时因为不受卡诺循环的影响，其对能量利用的转换效率大约在50%左右，也是比较客观的。若通过利用热电共生的原理以及使用其热能，那么其对能量的转换效率可在80%左右。这些优点使得燃料电池技术极有可能在不久的将来成为重要的供电手段。
燃料电池是一种高效率且是清洁发电的优良技术，在这方面的应用十分广阔，也是被称为在20世纪可以促进人类生活进步的十大优良技术之一。我国的人口平均能源资源并不富裕，之前在资源上主要是缺少电量，到当下转换成缺少新系统备用容量、调峰能力、电网建设之后以及在传统的发电方式上对环境造成的不良影响下，极力研发并且开展微小型化的燃料电池发电技术是非常有前景意义的，这样的优秀的发电技术，同时与传统的大型发电机组、大电网相结合可以给我国带来非常大的能源效益，是非常值得期待的。
1.2固体氧化物燃料电池
固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell，简称SOFC）属于第四代燃料电池，是一种将燃料经过一系列转换得到的能量且无需经过其他操作转变成所需的电能的全固态电化学发电系统SOFC。
1.2.1工作原理
图11 SOFC工作原理示意图
SOFC工作原理示意图如图11所示。在固体氧化物燃料电池工作时，将燃料气体如氢气通入阳极，保持气体充分与电极接触并发生反应，利用阳极的结构特征使得燃料气体能够接触到电解质表面。在阴极通入气体，通常条件下气体为空气或者O2，因为阴极具有一定的催化能力，氧原子获得电子，在扩散条件下，到达固体电解质表面并发生反应。
若选择其中的CH4作为SOFC的燃料时，燃料电池的化学反应可以是一个氧化还原反应方程式（11）表示：
CH4+2O2→2H2O+CO2 （11）
上述的反应同时也可以分为两个反应，在阴极上，其化学式表示为：
O2+4e→2O2－ （12）
CH4在阳极上，其化学式表示为：
CH4+4O2－→2H2O+CO2+8e （13）
在SOFC中，固体电解质具有能够运输氧离子，隔绝空气以及燃料气体等发生不良反应，防止电子乱入电池其他部件等作用。
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