燃料電池作為高效、清潔的可持續(xù)能源裝置,近些年受到研究者們的廣泛關(guān)注。然而,緩慢的陰極氧還原反應(yīng)(ORR)動(dòng)力學(xué)過程是影響其電池性能的重要因素,因此開發(fā)高效陰極催化劑是至關(guān)重要的。鉑基貴金屬是目前性能優(yōu)異的ORR催化劑,但是易被甲醇毒化使其催化性能下降,并且昂貴的價(jià)格和有限的資源限制了其大規(guī)模商業(yè)生產(chǎn)。因此,研究開發(fā)價(jià)格低廉、催化活性高和穩(wěn)定性好的非貴金屬材料來代替鉑基貴金屬催化劑,是實(shí)現(xiàn)燃料電池商業(yè)應(yīng)用的有效手段。MOFs衍生的金屬氮摻雜碳及其復(fù)合材料是有潛力的鉑基貴金屬電催化劑代替品。MOFs具有較高的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性、較大的比表面積、可調(diào)節(jié)的孔結(jié)構(gòu)、較高的碳含量等優(yōu)點(diǎn),在高溫條件下煅燒制備的金屬氮摻雜碳材料能保持前驅(qū)體的多孔結(jié)構(gòu),而且制備材料的活性位點(diǎn)均勻分布在碳層上。本文以Co-MOF晶體作為前驅(qū)體,在惰性氣體中高溫煅燒制備金屬鈷氮摻雜碳材料;還將Co-MOF和其他氮源混合,在惰性氣體中高溫煅燒制備了鈷氮摻雜碳/碳納米管復(fù)合材料,研究了這些材料的氧還原催化性能。探究了不同碳化溫度、配體中不同氮含量對(duì)所制備的金屬氮摻雜碳材料的氧還原催化性能的影響。具體研究內(nèi)容如下:1、在溶劑...

【文章頁數(shù)】：63 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 研究意義和背景
    1.2 燃料電池組成及工作原理
    1.3 燃料電池氧還原催化劑研究進(jìn)展
        1.3.1 鉑基貴金屬氧還原催化劑
        1.3.2 非鉑基貴金屬氧還原催化劑
    1.4 金屬有機(jī)骨架材料概述及在電催化中應(yīng)用
        1.4.1 金屬有機(jī)骨架材料(MOFs)
        1.4.2 金屬有機(jī)骨架材料作為前軀體制備氧還原催化劑
    1.5 本課題的選題意義及研究內(nèi)容
第二章 實(shí)驗(yàn)部分
    2.1 實(shí)驗(yàn)原料與試劑
        2.1.1 實(shí)驗(yàn)所用儀器如下：
    2.2 材料的表征技術(shù)
        2.2.1 X-射線粉末衍射(XRD)測(cè)試
        2.2.2 掃描電子顯微鏡(SEM)測(cè)試
        2.2.3 透射電子顯鏡(TEM)測(cè)試
        2.2.4 X射線光電子能譜(XPS)測(cè)試
        2.2.5 拉曼光譜測(cè)試
        2.2.6 氮?dú)馕矫摳綔y(cè)試
        2.2.7 熱重分析測(cè)試
    2.3 催化劑的制備方法及電化學(xué)測(cè)試
        2.3.1 玻碳電極預(yù)處理
        2.3.2 工作電極的制備
        2.3.3 電化學(xué)性能測(cè)試
        2.3.4 催化劑穩(wěn)定性以及抗甲醇性能測(cè)試
第三章 以[Co(INA)₂]·0.5EtOH為前驅(qū)體制備鈷氮摻雜多孔碳氧還原劑及其電催化性能研究
    3.1 引言
    3.2 實(shí)驗(yàn)部分
        3.2.1 前驅(qū)體[Co(INA)₂]·0.5EtOH的制備
        3.2.2 鈷氮摻雜碳材料(Co-N/C-T)的制備
        3.2.3 工作電極制備方法
    3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論
        3.3.1 前驅(qū)體[Co(INA)₂]·0.5EtOH的X-射線粉末衍射圖
        3.3.2 前驅(qū)體[Co(INA)₂]·0.5EtOH的熱重圖
        3.3.3 Co-N/C-T的XRD和Raman表征
        3.3.4 Co-N/C-T的低倍透射圖
        3.3.5 Co-N/C-T的BET測(cè)試分析
        3.3.6 X射線光電子能譜分析
        3.3.7 電化學(xué)催化性能測(cè)試
    3.4 本章小結(jié)
第四章 以[Co₂(u-OH₂)(pyc)₄](DMF)為前驅(qū)體制備鈷氮摻雜多孔碳及其氧還原性能研究
    4.1 引言
    4.2 實(shí)驗(yàn)部分
        4.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑
        4.2.2 前驅(qū)體[Co₂(u-OH₂)(pyc)₄](DMF)制備
        4.2.3 鈷氮摻雜碳材料(Co-N/C)的制備
    4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論
        4.3.1 前驅(qū)體[Co₂(u-OH₂)(pyc)₄](DMF)的X射線衍射分析
        4.3.2 前驅(qū)體[Co₂(u-OH₂)(pyc)₄](DMF)的熱重分析
        4.3.3 Co-N/C-T的XRD和Raman表征
        4.3.4 Co-N/C-800材料的低倍透射圖
        4.3.5 Co-N/C-T材料的XPS射線衍射分析
        4.3.6 電化學(xué)性能測(cè)試
    4.4 本章小結(jié)
第五章 MOF基鈷氮摻雜碳/碳納米管復(fù)合材料的制備及其氧還原性能研究
    5.1 前言
    5.2 實(shí)驗(yàn)部分
        5.2.1 前驅(qū)體[Co(INA)₂]·0.5EtOH的制備
        5.2.2 [Co(INA)₂]·0.5EtOH和三聚氰胺的混合前驅(qū)體制備
        5.2.3 Co-N-C@CNT制備方法
    5.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論
        5.3.1 Co-N-C@CNT的XRD和Raman表征
        5.3.2 Co-N-C@CNT的低倍透射圖
        5.3.3 Co-N-C@CNT的XPS能譜分析
    5.4 電化學(xué)性能測(cè)試
    5.5 本章小結(jié)
第六章 全文總結(jié)
參考文獻(xiàn)
附錄I 碩士在讀期間發(fā)表論文和學(xué)術(shù)交流情況
致謝



本文編號(hào)：3797028