本文關(guān)鍵詞：基于對(duì)苯二胺的燃料電池非貴金屬氧還原催化劑，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：作為環(huán)保、高效的能源技術(shù),燃料電池有望在交通運(yùn)輸、發(fā)電等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。然而,由于需要使用貴金屬鉑作為陰極氧還原反應(yīng)的催化劑,高昂的價(jià)格一直阻礙著燃料電池的商業(yè)化進(jìn)程。近年來(lái),非貴金屬氧還原催化劑由于來(lái)源廣泛、價(jià)格低廉、性能良好等優(yōu)點(diǎn),受到了研究者的廣泛關(guān)注。而苯胺類化合物由于聚合后熱穩(wěn)定性好、含氮量高,被廣泛用作非貴金屬氧還原催化劑的含氮前驅(qū)體。本文采用對(duì)苯二胺為前驅(qū)體,制備了Fe/N/C催化劑和摻氮碳材料兩種非貴金屬氧還原催化劑,對(duì)兩類催化劑進(jìn)行了物理表征和電化學(xué)性能測(cè)試,并進(jìn)一步研究了催化劑的穩(wěn)定性。Fe/N/C催化劑是目前酸性介質(zhì)中最具發(fā)展?jié)摿Φ姆琴F金屬氧還原催化劑。本文利用對(duì)苯二胺作為含氮前驅(qū)體,采用氧化鋅納米顆粒為硬模板固相聚合對(duì)苯二胺,制備了自支撐的Fe/N/C催化劑。透射電子顯微鏡表征表明,加入氧化鋅后聚對(duì)苯二胺的形貌由塊狀轉(zhuǎn)變?yōu)楸訝�。氮�(dú)馕摳綄?shí)驗(yàn)表明,加入氧化鋅后樣品的BET比表面積由122 m2/g提高到1215 m2/g。X射線粉末衍射和X射線光電子能譜表征均說(shuō)明兩者的成分與組成基本一致,最后樣品中沒(méi)有氧化鋅殘留。用旋轉(zhuǎn)圓盤電極裝置測(cè)試了樣品在0.1 mol/LHC104溶液中的氧還原極化曲線,實(shí)驗(yàn)表明加入氧化鋅后由于比表面積的增大,樣品的氧還原性能有了很大的提高,半波電位只比商業(yè)碳載鉑低了40 mV,0.8 V(參照可逆氫電極)的質(zhì)量活性密度達(dá)到了21.9A/g。針對(duì)自支撐的Fe/N/C催化劑穩(wěn)定性不足的挑戰(zhàn),在制備Fe/N/C催化劑的過(guò)程中摻入了納米氧化鈰,得到了氧化鈰摻雜的Fe/N/C催化劑。氧化鈰是常用的自由基淬滅基,可以消除氧還原過(guò)程產(chǎn)生的雙氧水,減少自由基的產(chǎn)生,從而提高催化劑的穩(wěn)定性。氧氣氛圍下的加速老化試驗(yàn)表明,氧化鈰摻雜的Fe/N/C催化劑在1000圈循環(huán)后,氧還原極化曲線沒(méi)有明顯變化,半波電位只往低電位移動(dòng)了25 mV,穩(wěn)定性得到了增強(qiáng)。另外,摻氮碳材料由于在堿性介質(zhì)中具有良好的氧還原催化活性,而且來(lái)源廣泛,制備簡(jiǎn)單,受到了廣大研究者的關(guān)注。本文利用對(duì)苯二胺作為含氮前驅(qū)體,調(diào)節(jié)了聚對(duì)苯二胺和碳黑的比例,之后進(jìn)行熱解制備了一系列摻氮碳材料。經(jīng)過(guò)優(yōu)化后的聚對(duì)苯二胺/碳黑復(fù)合物在0.1 mol/L KOH溶液中具有優(yōu)秀的氧還原活性,其氧還原極化曲線的半波電位比商業(yè)碳載鉑高了40 mV。掃描電子顯微鏡表征表明,碳黑聚集在聚對(duì)苯二胺的表面,減少了聚對(duì)苯二胺顆粒的大小。氮?dú)馕摳綄?shí)驗(yàn)表明,優(yōu)化后的聚對(duì)苯二胺/碳黑復(fù)合物具有分級(jí)孔結(jié)構(gòu),活性位點(diǎn)主要位于聚對(duì)苯二胺表面的微孔內(nèi),而碳黑大的外比表面積有利于物質(zhì)的傳輸,因此具有最好的氧還原活性。但是,當(dāng)樣品在空氣中放置30天后,其氧還原活性有較大的下降,-0.1 V(參照氯化銀電極)的電流密度衰減了1.02 mA/cm2。X射線光電子能譜表明,樣品的氧含量增加了1%,說(shuō)明其與空氣中的氧氣發(fā)生反應(yīng),導(dǎo)致活性位點(diǎn)遭到破壞,氧還原催化活性下降。
【關(guān)鍵詞】：對(duì)苯二胺 非貴金屬催化劑 氧還原 活性 穩(wěn)定性
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O643.36;TM911.4
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 緒論11-24
• 1.1 引言11-12
• 1.2 燃料電池原理12-13
• 1.3 燃料電池分類13-14
• 1.4 質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)展及挑戰(zhàn)14-16
• 1.5 非貴金屬氧還原催化劑研究進(jìn)展16-17
• 1.6 基于苯胺類化合物的Fe/N/C催化劑17-20
• 1.7 本論文研究思路及意義20-22
• 參考文獻(xiàn)22-24
• 第二章 基于對(duì)苯二胺的高活性Fe/N/C催化劑24-44
• 2.1 引言24-30
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分30-32
• 2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論32-41
• 2.4 本章小結(jié)41-42
• 參考文獻(xiàn)42-44
• 第三章 基于對(duì)苯二胺的高穩(wěn)定性Fe/N/C催化劑44-57
• 3.1 引言44-51
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分51-52
• 3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論52-54
• 3.4 本章小結(jié)54-55
• 參考文獻(xiàn)55-57
• 第四章 基于對(duì)苯二胺的高活性摻氮碳材料及其穩(wěn)定性研究57-76
• 4.1 引言57-63
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分63-64
• 4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論64-72
• 4.4 本章小結(jié)72-74
• 參考文獻(xiàn)74-76
• 第五章 結(jié)論與展望76-78
• 5.1 結(jié)論76-77
• 5.2 展望77
• 參考文獻(xiàn)77-78
• 攻讀碩士期間學(xué)術(shù)成果78-79
• 致謝79-80

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本文編號(hào)：256699