學位論文
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Item 水煤氣與固態氧化物燃料電池的陽極在過渡金屬上的催化反應(2011) 林家豪; Lin chia-hau本篇論文主要針對過渡金屬進行兩部分的催化反應研究，在第一部分中密度 泛函理論(DFT)計算被用來探討最密堆積的過渡金屬Co、Ni、Cu (第三週期) Rh、Pd、Ag (第四週期) 和 Ir、Pt、Au (第五週期)上水煤氣轉移反應(water gas shift，簡稱WGS)機構，在計算後結果中顯示，WGS 反應機構包括氧化還原(redox)、羧基化(carboxyl)、以及甲酸化(formate)的反應途徑。比較三個反應途徑能障大小的趨勢，可以發現與週期表上第9 族< 10 族 < 11 族 ； 第3 週期 < 第4 週期 <第5 週期相類似，因此顯示，越往右下的d-軌域金屬(Cu, Ag, Pt, and Au)對於WGS反應具有較佳的活性。在實驗上因為甲酸 (formate)具有較低的生成能量，以及較高的分解能量，因此最容易被觀測到，此外，我們也對這些具有活性的金屬表面進行催化表現的檢視，結果顯示，WGS 反應主要的反應途徑在Ag(111)，以及Au(111)的表面是進行氧化還原(redox)；然而，在Cu(111)以及Pt(111)的金屬表面，這三個反應途徑對WGS 反應的貢獻是相類似的。最後，在這裡我們也檢視了費希爾—特普希反應(Fischer-Tropsch synthesis)中的甲酰化反應(formyl)，和燃燒反應(combustion reaction)，以及甲酸化反應(formate pathway)，而結果中顯示，在 金屬表面上，FTS 反應與WGS 反應活性大小具有相反的趨勢，而在Cu、Ag、 Pt、與Au 的金屬催化表面，甲酰化反應(formyl)則會繼續進行甲酸化的反應途徑 (formate pathway)。 在第二部分中，是使用實驗的方法，來探討固態氧化物燃料電池(SOFC)陽極的催化反應，其陽極使用具有高活性的陶瓷材料包括Co/YSZ、Ni/YSZ、Cu/YSZ、Pd/YSZ、Ag/YSZ、Pt/YSZ、Au/YSZ，而在一開始SOFC 的製成方面，使用共壓 法、沉浸法、以及旋轉塗佈法來製備陽極支撐型以及電解質支撐型的 SOFC，此 外，電池也使用XRD、SEM、EDS 來對陽極分別進行化合物組成、表面微結構、 確認元素組成的特性分析，我們也對電池以氫氣為燃料測試在600-850 oC 的效能，在測試結果中顯示，以陽極支撐型中利用旋轉塗佈法製成的電池效能最高，而利 用電解質支撐法製備的電池中，氫氣氧化反應在不同陽極的效能會有以下趨勢， Au-YSZ > Ag-YSZ > Pt-YSZ > Ni-YSZ > Co-YSZ > Cu-YSZ > Pd-YSZ，不同陽極材料的催化性也將進行初步探討。