本文關(guān)鍵詞：基于碳納米復(fù)合電極材料的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著人口不斷增長和科學(xué)技術(shù)水平的進步,全球能源短缺和環(huán)境污染問題已經(jīng)成為當(dāng)今阻礙社會發(fā)展的兩大支柱。發(fā)展新能源成為迫切必須解決的科學(xué)問題。目前,氫能和微生物燃料電池(MFC)是新能源發(fā)展的兩大趨勢。氫能被認為是最理想的能源,電解水制氫技術(shù)也是效率最高的制氫技術(shù),但是過高的陽極析氧過電位限制了電解水制氫的發(fā)展。微生物燃料電池是新型的清潔能源技術(shù),但是昂貴的陰極催化劑Pt限制了MFC的實際應(yīng)用。兩種新能源技術(shù)都需要研發(fā)價格低廉、性能較高的電極材料。碳納米材料具有較大的比表面積、較高的電導(dǎo)率等等,廣泛應(yīng)用于燃料電池、電解水制氫、超級電容器等電化學(xué)領(lǐng)域。本文以碳納米材料為主體,負載各種不同類型的催化活性物質(zhì),研究其陽極析氧或陰極氧還原性能,取得的結(jié)果如下:(1)用水熱法和電沉積法合成了H-TiO2/MnOx納米線覆蓋在碳布表面,H-TiO2納米線被均勻地覆蓋了一層不定型的Mn Ox,形成了核殼結(jié)構(gòu)。在陽極析氧性能測試中,該催化劑顯示了非常低的起峰電位數(shù)值、較高的電流密度和穩(wěn)定性。在0.7 V下計時電流實驗結(jié)束后,XPS測試表明Mn2+的比例增加,Mn3+和Mn4+的比例減少,證實了在堿性電解水體系中,電子傳輸是析氧反應(yīng)的關(guān)鍵。(2)用丙烯酸陽離子交換樹脂合成了多孔類石墨烯碳納米材料,用簡單的水熱法負載鈷酸鎳,并利用Na BH4化學(xué)還原貴金屬鹽制備了Au-Ni Co2O4/HPG,Pt-Ni Co2O4/HPG和Pd-Ni Co2O4/HPG。發(fā)現(xiàn)Au-Ni Co2O4/HPG納米復(fù)合材料的陽極析氧催化活性最高,通過不同比例的Au和Ni Co2O4,發(fā)現(xiàn)Au-Ni Co2O4(wt 1:5)/HPG擁有較低的起峰電位數(shù)值和較高的電流密度。XPS數(shù)據(jù)也顯示當(dāng)加入金顆粒后,Ni和Co的2p峰值正移。結(jié)果表明,Au是一種電負性較高的金屬,能促進Co4+和Ni3+高價離子的生成,因此復(fù)合材料的活化中心數(shù)增多,活性和穩(wěn)定性也就得到提高。(3)在多孔類石墨烯上用一步水熱法合成了Co0.85Se,同時在多孔類石墨烯上負載了傳統(tǒng)Co3O4催化劑。通過一系列的陽極析氧性能測試后,發(fā)現(xiàn)Co0.85Se/HPG與Co3O4/HPG相比表現(xiàn)出更優(yōu)異的催化活性。這項工作給硒化物應(yīng)用于堿性電解水領(lǐng)域中打開了一個新的視野,打破了只使用氧化物作為催化劑的傳統(tǒng)。(4)利用簡單的水熱法,在多孔類石墨烯和多壁碳納米管上修飾NiCo2O4,研究了其氧還原性能和微生物燃料電池產(chǎn)電性能。在MFC應(yīng)用中,Ni Co2O4/HPG和Ni Co2O4/MWCNTs都顯示了較大的功率密度和開路電壓,、以Ni Co2O4/MWCNTs(wt 1:1)性能最優(yōu)。這兩種催化劑具有其制備簡單,成本低等優(yōu)點,作為陰極催化劑改善微生物燃料電池領(lǐng)域的應(yīng)用前景。
【關(guān)鍵詞】：陽極析氧反應(yīng) 微生物燃料電池 碳納米材料 氧化物 硒化物 貴金屬
【學(xué)位授予單位】：廣州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TB332;TM911.4
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 前言11-27
• 1.1 研究背景11
• 1.2 氫能11-15
• 1.2.1 氫能的優(yōu)點11-12
• 1.2.2 制氫技術(shù)12-13
• 1.2.3 電解水制氫技術(shù)13-15
• 1.3 堿性陽極析氧催化劑的研究15-18
• 1.3.1 貴金屬及其化合物15-16
• 1.3.2 過渡金屬及其化合物16-18
• 1.4 微生物燃料電池18-20
• 1.4.1 微生物燃料電池概述18-19
• 1.4.2 單室微生物燃料電池的工作原理19-20
• 1.5 微生物燃料電池的陰極催化劑的研究進展20-22
• 1.5.1 貴金屬及其合金材料20-21
• 1.5.2 過渡金屬氧化物21-22
• 1.6 碳納米材料介紹22-25
• 1.6.1 碳納米管的介紹及應(yīng)用22-23
• 1.6.2 石墨烯和類石墨烯的介紹及應(yīng)用23-24
• 1.6.3 碳纖維的介紹及應(yīng)用24-25
• 1.7 選題依據(jù)及研究內(nèi)容25-27
• 第二章 實驗部分27-33
• 2.1 實驗試劑27-28
• 2.2 實驗主要設(shè)備及型號28
• 2.3 催化劑物理表征28-30
• 2.3.1 催化劑的物相分析28-29
• 2.3.2 催化劑的形貌和元素成分分析29
• 2.3.3 催化劑的X射線光電子能譜分析29-30
• 2.4 催化劑的電化學(xué)性能30-31
• 2.4.1 線性掃描伏安法30
• 2.4.2 交流阻抗法30-31
• 2.4.3 計時電流測試31
• 2.4.4 計時電位測試31
• 2.5 MFC性能測試和分析方法31-33
• 2.5.1 電壓測試31-32
• 2.5.2 極化曲線和功率密度曲線32-33
• 第三章 H-TiO_2/MnO_x納米線的陽極析氧性能研究33-45
• 3.1 引言33
• 3.2 實驗部分33-35
• 3.2.1 TiO_2納米顆粒的制備33-34
• 3.2.2 H-TiO_2納米線的制備34
• 3.2.3 H-TiO_2/MnO_x納米線的制備34
• 3.2.4 物理性能表征34-35
• 3.3 結(jié)果討論35-43
• 3.3.1 X射線電子能譜分析35-36
• 3.3.2 X射線粉末衍射分析36-37
• 3.3.3 掃描電鏡分析37-38
• 3.3.4 透射電鏡分析38-39
• 3.3.5 線性掃描伏安圖分析39-40
• 3.3.6 計時電流圖分析40-41
• 3.3.7 計時電位分析41-42
• 3.3.8 H-TiO_2/MnO_x納米線反應(yīng)機理分析42-43
• 3.4 本章小結(jié)43-45
• 第四章 多孔類石墨烯負載貴金屬-NiCo_2O_4納米復(fù)合材料的制備及其陽極析氧性能研究45-61
• 4.1 引言45-46
• 4.2 實驗部分46-48
• 4.2.1 三維多孔類石墨烯（HPG）的制備46
• 4.2.2 類石墨烯負載NiCo_2O_4納米復(fù)合材料的制備46
• 4.2.3 類石墨烯負載NiCo_2O_4-貴金屬（貴金屬- NiCo_2O_4/HPG）納米復(fù)合材料的制備46-47
• 4.2.4 類石墨烯負載貴金屬納米復(fù)合材料的制備47
• 4.2.5 催化劑電極的制備47
• 4.2.6 物理性能表征47
• 4.2.7 電化學(xué)表征47-48
• 4.3 結(jié)果討論48-59
• 4.3.1 多孔類石墨烯（3D HPG）掃描電鏡圖分析48-49
• 4.3.2 多孔類石墨烯（3D HPG）和NiCo_2O_4/HPG的石墨化程度探究49-50
• 4.3.3 X 射線粉末衍射圖譜分析50-51
• 4.3.4 透射電鏡圖分析51-52
• 4.3.5 元素分布圖52-53
• 4.3.6 線性掃描伏安圖分析53-54
• 4.3.7 不同比例陽極析氧電催化劑活性分析54-55
• 4.3.8 交流阻抗圖分析55-57
• 4.3.9 計時電流圖分析57-58
• 4.3.10 X射線電子能譜分析58-59
• 4.4 結(jié)論59-61
• 第五章 Co_(0.85)Se摻雜類石墨烯復(fù)合材料的制備及其的陽極析氧性能研究61-73
• 5.1 引言61
• 5.2 實驗部分61-64
• 5.2.1 Co_(0.85)Se摻雜類石墨烯復(fù)合材料的制備61-62
• 5.2.2 Co/HPG和Se/HPG復(fù)合材料的制備62
• 5.2.3 Co_3O_4/HPG復(fù)合材料的制備62
• 5.2.4 催化劑電極的制備62
• 5.2.5 物理性能表征62-63
• 5.2.6 電化學(xué)表征63-64
• 5.3 結(jié)果分析64-72
• 5.3.1 X射線粉末衍射分析64-65
• 5.3.2 X射線電子能譜分析65-66
• 5.3.3 透射電鏡圖分析66-67
• 5.3.4 線性掃描伏安圖分析67-68
• 5.3.5 交流阻抗圖分析68-70
• 5.3.6 計時電流圖分析70-71
• 5.3.7 計時電位圖分析71-72
• 5.4 本章小結(jié)72-73
• 第六章 NiCo_2O_4修飾碳納米復(fù)合材料的制備及其微生物燃料電池性能研究73-85
• 6.1 引言73
• 6.2 實驗部分73-76
• 6.2.1 碳納米材料預(yù)處理73-74
• 6.2.2 碳布的預(yù)處理74
• 6.2.3 NiCo_2O_4修飾碳納米復(fù)合材料的制備74
• 6.2.4 MFC陰極催化劑層的構(gòu)建74
• 6.2.5 物理性能表征74
• 6.2.6 電化學(xué)表征74-75
• 6.2.7 MFCs的產(chǎn)電性能75-76
• 6.3 結(jié)果與討論76-83
• 6.3.1 X射線粉末衍射分析76-77
• 6.3.2 透射電鏡分析77-78
• 6.3.3 線性掃描伏安圖分析78-79
• 6.3.4 電化學(xué)阻抗性能分析79-80
• 6.3.5 電池輸出電壓性能分析80-81
• 6.3.6 產(chǎn)電性能分析81-83
• 6.4 結(jié)論83-85
• 第七章 結(jié)論及展望85-87
• 7.1 結(jié)論85-86
• 7.2 展望86-87
• 參考文獻87-96
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文96-97
• 致謝97

【參考文獻】

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  本文關(guān)鍵詞：基于碳納米復(fù)合電極材料的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號：284681