【摘要】：氮摻雜的石墨烯本身具有良好的電化學(xué)性能,制備的微球結(jié)構(gòu)因具有大比表面積,電催化性能更加優(yōu)異,作為超級電容器電極材料具有廣泛的應(yīng)用前景。旋轉(zhuǎn)圓盤電極是測量材料電化學(xué)本征反應(yīng)速率的一種常用方法,通過旋轉(zhuǎn)運動產(chǎn)生的強迫對流,可在一定范圍內(nèi)消除濃差極化。然而采用經(jīng)典電極動力學(xué)模型(Koutecky-Levich公式)得到的反應(yīng)速率仍然受傳質(zhì)過程影響。且氮摻雜的石墨烯微球電極并非傳統(tǒng)的平板電極,表面的多級孔隙結(jié)構(gòu)也會形成傳質(zhì)限制,導(dǎo)致本征反應(yīng)動力特性計算出現(xiàn)極大的偏差。本文針對本征反應(yīng)動力學(xué)特性計算難的問題,采用計算流體力學(xué)(Computational Fluid Dynamics,CFD)的方法,通過數(shù)值模擬傳質(zhì)和反應(yīng)動力過程之間的競爭,重現(xiàn)電流密度隨電壓變化的實驗曲線,獲得更接近本征反應(yīng)動力學(xué)的參數(shù)。主要研究內(nèi)容及工作如下:1.對旋轉(zhuǎn)圓盤電極內(nèi)部的速度場進行了數(shù)值模擬,研究電極的水動力學(xué)特性。以旋轉(zhuǎn)圓盤電極中心的軸向速度表征電解液的傳質(zhì)能力,分析電極尺寸和位置對旋轉(zhuǎn)圓盤電極傳質(zhì)效率的影響;并通過對四個無量綱數(shù)的討論,給出了旋轉(zhuǎn)圓盤電極結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化準(zhǔn)則。2.對旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)圓盤電極表面及附近的濃度場進行了數(shù)值模擬,研究電極外部傳質(zhì)對電催化性能的影響�；贜S方程建立了包含詳細(xì)傳質(zhì)過程的電極動力學(xué)模型,對電極表面及其周圍流體的速度場與組分的濃度場進行了精細(xì)化求解。通過重現(xiàn)電流密度隨電壓變化的實驗曲線,獲取電極的本征反應(yīng)動力學(xué)參數(shù)。進一步,將該值與經(jīng)典K-L公式獲取的反應(yīng)動力學(xué)參數(shù)相比較,給出其電壓適用范圍及反應(yīng)速率常數(shù)的修正方法。3.對多級孔隙結(jié)構(gòu)電極內(nèi)部濃度場進行了數(shù)值模擬,研究電極內(nèi)部的傳質(zhì)對電催化性能的影響。構(gòu)建四種理想化的幾何模型,以無量綱數(shù)Thiele模數(shù)表征傳質(zhì)與反應(yīng)的競爭關(guān)系。對Thiele模數(shù)在不同結(jié)構(gòu)特征的形式進行了分析,給出了外部多級孔隙結(jié)構(gòu)Thiele模數(shù)的改進公式。
【學(xué)位授予單位】：上海大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TM53;TB383.4;O643.36
【圖文】：

NxC,NG 和 Pt/C 催化劑在 0.1M KOH 中，1600rpm 下的 ORR 極化曲線[47]摻入雜原子后，影響石墨烯催化活性的因素增多，包括新活性位點的建立、電子結(jié)構(gòu)的調(diào)整和吸附性能的改變，形態(tài)和由于摻雜導(dǎo)致的化學(xué)組成的變化，或者催化劑表面微結(jié)構(gòu)的變化，也可能是這些因素的綜合作用影響了石墨烯基催化劑的催化活性，但是每個因素的影響程度及途徑還未明了。與表面敏感探測技術(shù)相連，研究各種摻雜原子在石墨烯基材料中起的作用，進行詳細(xì)的計算機模擬是很必要的。如果這些信息可以被解釋清楚，通過合理的設(shè)計可以進一步提高材料的性能。很明顯，雙摻雜石墨烯的制備方法和性能仍有很大提升空間，需進一步研究。因此，最有效的制備高活性氮摻雜石墨烯的合成方法可以用來合成二元或三元摻雜石墨烯材料，石墨烯基材料的氧還原反應(yīng)會大大提高。最后，定制石墨烯基雙摻雜材料的結(jié)構(gòu)，使氧氣能有效進入，產(chǎn)物有效移出，可以進一步促進其性能改變。再就是通過模板法制備介孔或者大孔的材料，孔的尺寸、孔率、形狀

旋轉(zhuǎn)圓盤電極實物圖

9圖 1.3 旋轉(zhuǎn)圓盤電極的結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)圓盤電極的結(jié)構(gòu)高度對稱，理論基礎(chǔ)堅實，實驗條件易于改變，以確且定量的描述各個變量中的關(guān)系，并且能夠較容易的測量出電化學(xué)反個動力學(xué)參數(shù)。這些優(yōu)勢都使其在現(xiàn)代電化學(xué)領(lǐng)域里有廣泛的應(yīng)用尤其腐蝕領(lǐng)域，例如測定金屬的腐蝕速率，或是同時進行的兩個共軛反應(yīng)的分，實際生活中可以預(yù)測各種金屬構(gòu)件的腐蝕電位以及腐蝕速度變化，

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 錢皎龍;雷澤勇;鄧健;趙祥龍;;不同攪拌轉(zhuǎn)速的沉淀攪拌槽三維流場數(shù)值模擬[J];南華大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2015年01期

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本文編號：2782292