基于Nafion质子膜的燃料电池型硫化氢气体传感器研究

发布时间：2024-04-13 13:13

　　本文开发了一种以Nafion质子膜作为固体电解质的燃料电池型H₂S传感器,该传感器具有室温工作、本质安全、环境友好、零功耗、良好的机械和化学稳定性等优势,在石油化工、污水处理、染料制备等易燃易爆领域中具备良好的应用前景。本论文从传感器的核心部件——膜电极入手,通过敏感材料合金化的组分增感和制备方法改进的工艺增感来提高敏感电极材料的催化活性,通过两级增感策略研制出具有响应恢复速度快、测试量程大、选择性优异的H₂S传感器。主要研究内容如下:第一,开发了基于碳纤维担载的铂(Pt)-铑(Rh)纳米颗粒敏感电极的H₂S传感器,采用硼氢化钠还原法制备的碳纤维担载Pt-Rh纳米颗粒作为敏感电极材料,采用热压法制备了膜电极组件(MEA)。使用X射线衍射仪(XRD)和场发射扫描电子显微镜(FESEM)分析制备电极材料的结构和形貌。重点研究了Pt、Rh合金化和碳纤维表面重塑对传感器性能的影响,探索了Pt和Rh的最佳比例和最优的碳纤维腐蚀工艺。结果表明:当Pt与Rh的比例为1:1时,传感器气敏性能最佳。通过碳纤维的表面重塑提高了贵金属纳米颗粒...

【文章页数】：73 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1.1（a）垂直排列棒状ZnO的SEM照片；（b）传感器在室温和250℃下对不同还原型气体的响应[19]

第1章前言3低，从而增加N型半导体的电阻。当传感器置于还原性气体中时，如H2S，发生如下反应[11]:H2S+3O-(ads.)→H2O+SO2+3e-........................................(1-7)H2S+3O2-(ads.)→H2O+....

图1.3（a）S1（黑色）和S2（红色）的动态响应恢复时间曲线；（b）响应值-HS浓度曲线[20]

吉林大学硕士学位论文4应值明显高于S1，改善的气敏特性主要归因于不仅有足够的气体扩散通道，而且还有大量的来自内、外壁以及颗粒界面的原子参与了气敏反应。图1.2（a）S1和（b）S2的SEM照片；（c）S1和（d）S2的TEM照片[20]图1.3（a）S1（黑色）和S2（红色）的动....

图1.4氧化还原循环传感器的结构示意图[22]

吉林大学硕士学位论文6图1.4氧化还原循环传感器的结构示意图[22]电化学型传感器功耗低、检测浓度范围大，但对电极要求较高，易发生漏液、腐蚀等情况，响应信号受环境影响比较大。（3）光学型H2S传感器光学式气体传感器技术起步较晚，但发展速度极快。工业中常用的传感器类型有红外线气体传....

图1.6QEPAS传感器的结构示意图[26]

第1章前言7图1.5（a）带有H2S传感器原型和外围组件的工业机架；（b）线路、仪表和安全管路图；（c）传感器的光学布局[25]图1.6QEPAS传感器的结构示意图[26]此外，在传统光学式传感器的基础上，Viciani等人[26]还报道了用于测量极低浓度H2S气体的石英增强型光....

本文编号：3953095