發(fā)布時(shí)間：2021-03-07 09:38

　　為了緩解全球化石能源的短缺問(wèn)題以及解決其在開發(fā)使用過(guò)程中造成的環(huán)境污染問(wèn)題,發(fā)展燃料電池這種具有高效、清潔、可再生的新型能源轉(zhuǎn)化裝置成為目前能源發(fā)展的重要方向之一。目前商用燃料電池大都使用貴金屬鉑基催化劑作為陰極氧還原催化材料。但是鉑昂貴的價(jià)格、低的全球儲(chǔ)量以及在氧還原反應(yīng)過(guò)程中的易遭受有害物質(zhì)毒化和低的反應(yīng)耐久性問(wèn)題都成為限制燃料電池大規(guī)模應(yīng)用的因素。因此,開發(fā)新型的低價(jià)格、抗中毒、來(lái)源廣泛以及具有耐久性的陰極氧還原催化劑成為燃料電池發(fā)展的重要研究方向。本文以不同的含氮單體為原料,由化學(xué)氧化法制備了不同的共軛聚合物,并同時(shí)在此基礎(chǔ)上摻雜第Ⅷ副族金屬元素,以此為前驅(qū)體,經(jīng)高溫碳化得到摻雜的共軛聚合物衍生碳材料,并對(duì)其物理結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征,測(cè)試了摻雜共軛聚合物衍生碳材料的氧還原性能等其它電化學(xué)性能。研究?jī)?nèi)容主要如下:（1）以吡咯為單體,以無(wú)水三氯化鐵同偶氮染料甲基橙形成的纖維狀膠束為軟模板,自組裝制備了一維納米管狀聚吡咯共軛聚合物。分別以800℃,900℃,1000℃為熱解溫度進(jìn)行高溫碳化,制備了PPy-NCNTs-800,PPy-NCNTs-900,PPy-NCNTs-1000三種不同的... 

【文章來(lái)源】：蘭州理工大學(xué)甘肅省

【文章頁(yè)數(shù)】：80 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

燃料電池結(jié)構(gòu)圖[6]

一種方法是引入第二種低成本的活性元素，與Pt形成鉑基納米合金顆粒，通過(guò)形成鉑合金[29,30]，可以有效調(diào)節(jié)Pt原子的幾何結(jié)構(gòu)及電子結(jié)構(gòu)，使鉑合金催化劑擁有更加適宜的氧結(jié)合能，不僅提高其ORR活性，同時(shí)可以有效降低Pt的負(fù)載量，提高Pt的利用率。Greeley等人[31]將Pt與過(guò)渡金屬元素如Sc和Y組成新的催化劑，電化學(xué)測(cè)量表明，相對(duì)于純Pt，二元合金Pt3Sc和Pt3Y電極的活性分別在0.9-0.87V范圍內(nèi)提高了1.5-1.8和6-10倍。此外，Greeley等人研究了Pt與不同過(guò)渡金屬的合金的ORR行為。其氧化還原性能呈火山型關(guān)系。見(jiàn)圖1.4。圖1.4Pt合金的火山模型[32]Fig.1.4ThevolcanicmodelofPtalloy[32]

，參與設(shè)計(jì)單體種類豐富，易于修飾和功能化，相比于脂肪族化合物具有更宜調(diào)控和穩(wěn)定的碳納米結(jié)構(gòu)。目前已經(jīng)有許多報(bào)道提到氮摻雜對(duì)碳材料在氧電還原反應(yīng)中的積極影響[100-103]。N原子的摻雜進(jìn)一步使碳材料的幾何結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，產(chǎn)生的雜原子缺陷位是目前已知的電催化活性中心的來(lái)源[104]。純吡咯(Pyrrole)是一種含N、C的五元環(huán)結(jié)構(gòu)，常溫下為無(wú)色油狀液體，其聚合活化能較低，一般可直接通過(guò)化學(xué)氧化法[105]和電化學(xué)法[106]將其聚合成富氮雜環(huán)共軛聚合物—聚吡咯（Polypyrrole，簡(jiǎn)稱PPy）。聚吡咯分子式如圖3.1所示[107]，通常為無(wú)定型黑色固體粉末。圖3.1聚吡咯分子式Fig.3.1Molecularstructureofpolypyrrole在惰性氛圍下對(duì)聚吡咯進(jìn)行熱解可以獲得富含N原子的碳化物。已有研究表明，具有管狀形貌的聚吡咯碳化物具有比顆粒狀聚吡咯碳化物有更好的ORR催化活性，MorozanA等人認(rèn)為這主要?dú)w功于管狀形貌的聚吡咯具有更好的導(dǎo)電性[108]。此外，為了提高氮摻雜碳基催化劑的電催化活性，除了提高催化劑固有的活性位點(diǎn)的催化活性外，對(duì)催化劑進(jìn)行形貌和孔結(jié)構(gòu)的調(diào)控，如制備一維管狀碳基催化劑更有利于暴露催化活性位點(diǎn)[109,110]，提高ORR催化性能。基于此，本章實(shí)驗(yàn)使用化學(xué)氧化法，以無(wú)水三氯化鐵為氧化劑，同時(shí)與偶氮染料甲基橙（MO）經(jīng)過(guò)攪拌混合形成的纖維狀膠束為軟模板，自組裝制備一維管狀聚吡咯納米管[111]。在惰性氛圍下熱解，得到原位氮摻雜碳納米管材料（NCNTs）,

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]低溫燃料電池陰極氧還原反應(yīng)催化劑研究進(jìn)展[J]. 趙經(jīng)緯,蔡園滿,易秘,梅澤峰.  江西化工. 2019(06)
[2]質(zhì)子交換膜燃料電池改性鉑基催化劑研究進(jìn)展[J]. 楊金富,畢向光,王火印,劉鋒,李權(quán),盧峰,趙云昆.  貴金屬. 2016(04)
[3]國(guó)外燃料電池研究動(dòng)向[J]. 吳承偉,張偉.  能源工程. 2003(02)
[4]旋轉(zhuǎn)環(huán)盤電極在研究氧還原機(jī)理中的應(yīng)用[J]. 劉磊.  信陽(yáng)師范學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 1989(03)

博士論文
[1]多元多尺度氧氣還原電催化材料的結(jié)構(gòu)調(diào)控與功能化[D]. 劉海靜.北京化工大學(xué) 2013

碩士論文
[1]基于苯胺類聚合物的燃料電池催化劑研究[D]. 黃嘉勛.浙江大學(xué) 2018
[2]共軛聚合物的構(gòu)型研究與應(yīng)用[D]. 張玲莉.復(fù)旦大學(xué) 2014



本文編號(hào)：3068838