【摘要】：在能源短缺,環(huán)境污染嚴(yán)重的大背景下,清潔、可持續(xù)發(fā)展能源已經(jīng)成為人們研究的重點。燃料電池(Fuel cells,FCs),作為一種能量直接轉(zhuǎn)化裝置,具有轉(zhuǎn)化效率高,綠色環(huán)保的優(yōu)點。燃料電池中的陰極氧還原反應(yīng)是速控步,通常采用貴金屬(比如鉑及其合金)作為催化劑,但是貴金屬成本高,存儲量少,而且長期穩(wěn)定性和抗甲醇性能比較差,限制了其廣泛應(yīng)用。制備電催化活性高,且穩(wěn)定性好的催化劑,并將其普遍應(yīng)用到燃料電池中依然是一個挑戰(zhàn)。鑒于上述問題,研究制備非貴金屬催化劑具有重要的意義。本論文采用價格低廉的生物質(zhì)葡萄糖和鋁基金屬有機框架化合物(MOFs)MIL-101-NH2(Al)為原料來合成催化劑材料的碳載體,然后進行相應(yīng)的后處理,引入所需要摻雜的雜原子和過渡金屬鈷,在高純氮氣保護下高溫?zé)峤?制備得到過渡金屬化合物負載于碳基材料的氧還原反應(yīng)催化劑,并研究了其氧還原催化活性。利用掃描電鏡,透射電鏡,X射線衍射,X射線光電子能譜,比表面及孔隙度分析,拉曼等測試對材料進行物理表征,并通過電化學(xué)測試研究了材料的氧還原催化活性。主要的工作如下:1.以價格低廉的生物質(zhì)葡萄糖作為原材料,通過水熱自組裝合成大小均一的葡萄糖碳球。進一步利用靜電吸附作用,在葡萄糖碳球表面吸附Co2+,并以硫脲分解產(chǎn)生的NH3,H2S氣體作為雜原子摻雜源,經(jīng)過高溫?zé)崽幚碇苽涞玫降�、硫共摻雜葡萄糖碳球負載Co O的復(fù)合材料(Co O@NS-CSs)。研究結(jié)果顯示,Co O@NS-CSs在堿性介質(zhì)中表現(xiàn)出較高的氧還原催化性能,其起始電位和半波電位分別為0.946 V和0.821 V(vs.RHE)。與商業(yè)Pt/C對比,具有更高的穩(wěn)定性和耐甲醇性能。2.以MIL-101-NH2(Al)作為前軀體和模板,利用配體中未參與配位的N,通過一步后處理引入第二種配體水楊醛來螯合固定Co2+,在高純氮氣保護下一步熱解得到一系列氮摻雜多孔碳材料負載單質(zhì)鈷和氧化鈷的復(fù)合催化劑(Co@NPC-X)t(X為熱解溫度/oC,t為堿洗時間/h)。通過微觀表征和電化學(xué)測試,研究了不同熱解溫度(700,800,900oC)和堿洗時間(t=0,8,12,16 h)對催化劑的氧還原催化活性的影響。結(jié)果表明,900oC熱解溫度和堿洗時間12 h為最佳實驗條件,得到的材料(Co@NPC-900)12具有較高的氧還原反應(yīng)催化活性。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TM911.4;TB33
【圖文】：

電池的簡介電池的工作原理電池作為一種能量轉(zhuǎn)換裝置，可以實現(xiàn)原料能量的直接轉(zhuǎn)化，接轉(zhuǎn)變。與此同時，不經(jīng)過燃燒等其它過程， 因此擺脫了卡諾慮到其屬于開放性系統(tǒng)，把所需要的燃料和氧化劑依次通入后是一個小型的“發(fā)電廠”。電池實際上是一種電化學(xué)裝置，它由四個部分組成，包含陽極電路，構(gòu)造如普通電池。圖 - 是最簡單的氫-氧燃料電池簡易的是燃燒原料，經(jīng)過氧化過程，釋放電子，利用外面線路轉(zhuǎn)移氧氣或空氣，和外面線路流過來的電子之間發(fā)生還原過程。通它導(dǎo)電介質(zhì)，實現(xiàn)整個裝置內(nèi)部的電荷傳送過程[3]。

華 中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文基于以上優(yōu)點，燃料電池具有不可估量的發(fā)展前途，將會是未來的新能源代表之一。1.3 燃料電池陰極氧還原反應(yīng)1.3.1 陰極氧還原反應(yīng)燃料電池中陰極氧還原反應(yīng)，作為一個至關(guān)重要的過程，決定整個電化學(xué)反應(yīng)進程。其反應(yīng)機理大致有兩種，分別為氧氣直接被還原為 - 的四電子轉(zhuǎn)移過程和氧氣先被還原為 - ，然后 - 進一步被還原為 - 的二電子轉(zhuǎn)移過程，具體途徑如圖- 所示[6]。

華 中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文屬氧還原反應(yīng)催化劑，被公認為最優(yōu)的氧化原貴金屬催化劑是商業(yè)的 5Y (，但是，貴金高，而且穩(wěn)定性不好，特別是直接的甲醇燃料電池，5Y ( 會甲醇中�，F(xiàn)在，為解決上述問題，研究學(xué)者們主要從以下四種方式來改善( ) 調(diào)節(jié)控制 5Y 納米粒子的晶面，結(jié)構(gòu)以及粒子大小，最高限度位點；( ) 5Y 與其他金屬結(jié)合，形成多種金屬的形式，比如復(fù)合物) 引入其他分子來處理 5Y 納米粒子的表面，這不僅能提高催化劑的且還有利于產(chǎn)生一些其它特有的性質(zhì)；( ) 選擇合適的催化劑載體腐蝕以及中毒。

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前6條

1 江學(xué)良;余露;張姣;孫剛;;水熱合成單分散碳球的制備與表征[J];武漢科技大學(xué)學(xué)報;2015年02期

2 李瑞;;低碳經(jīng)濟助推內(nèi)蒙古新能源發(fā)展[J];內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟;2012年03期

3 王新紅;;硫脲的熱分析研究[J];應(yīng)用化工;2008年06期

4 賈林,邵震宇;燃料電池的應(yīng)用與發(fā)展[J];煤氣與熱力;2005年04期

5 錢伯章;燃料電池的發(fā)展現(xiàn)狀與展望[J];節(jié)能;2004年03期

6 張勝濤,溫彥;燃料電池發(fā)展及其應(yīng)用[J];世界科技研究與發(fā)展;2003年03期

本文編號：2761717