隨著能源危機(jī)和環(huán)境破壞的加劇,燃料電池、金屬-空氣電池和水電解槽技術(shù)已被公認(rèn)為是高效的能源轉(zhuǎn)換以及化石燃料替代品的新能源技術(shù)。高效的氧還原反應(yīng)（ORR）、析氫反應(yīng)（HER）和析氧反應(yīng)（OER）催化劑在這些可再生能源技術(shù)中發(fā)揮著重要的作用。目前,貴金屬（如鉑、釕和銥）及其合金在這些反應(yīng)中表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能。然而,這些貴金屬催化劑高成本和稀缺阻礙了這些新能源技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用。因此,開發(fā)低成本、高活性的非貴金屬催化劑來替代貴金屬催化劑已成為當(dāng)務(wù)之急。以過渡金屬（Fe,Co,Ni）為金屬中心的金屬有機(jī)框架材料（MOFs）具有結(jié)構(gòu)可控、比表面積大、孔徑可調(diào)等優(yōu)點,在電化學(xué)催化領(lǐng)域中引起了廣泛的研究興趣。本文的設(shè)計思路為分別以Fe、Co和Ni三種金屬為金屬中心,通過調(diào)節(jié)配體的結(jié)構(gòu)和組成來實現(xiàn)對最終材料比表面積、化學(xué)組成的調(diào)控,從而達(dá)到優(yōu)化催化性能的目的。本論文制備出了三種高效的非貴金屬電催化劑。首先,以石墨烯（Gr）為載體以增加材料的導(dǎo)電性和穩(wěn)定性,利用溶劑熱法制備了ZnCo-MOF/Gr,通過高溫?zé)峤獠⒄{(diào)節(jié)熱解溫度獲得具有高活性位點密度Co和N修飾的多孔碳材料（Co-N-C-T）。其次,以醋酸... 

【文章來源】：長春理工大學(xué)吉林省

【文章頁數(shù)】：69 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

H2-O2燃料電池的工作原理圖

圖 1.1 H2-O2燃料電池的工作原理圖[5]接甲醇燃料電池(DMFC)所使用的燃料是液體甲醇或者甲醇蒸汽，該過程通空氣將甲醇氧化從而產(chǎn)生電流，不涉及到氫氣的產(chǎn)生和存儲，是直接將化學(xué)電能的能量轉(zhuǎn)換裝置。DMFC 裝置結(jié)構(gòu)簡單，甲醇燃料的來源豐富、補(bǔ)給方存以及運(yùn)輸。DMFC 的基本結(jié)構(gòu)如圖 1.2 所示，DMFC 單電池主要由陰極、質(zhì)子交換膜三部分構(gòu)成，其中擴(kuò)散層和催化劑層構(gòu)成了電池電極。目前，陽使用的是商業(yè) PtRu/C 貴金屬催化劑，陰極催化劑使用的是商業(yè) Pt/C 貴金屬一般使用碳紙或碳布作擴(kuò)散層，它不但可以支持催化層，還能起到傳遞質(zhì)子流的作用。常用全氟磺酸膜用作質(zhì)子交換膜，主要作用對反應(yīng)物進(jìn)行分離，傳遞、傳導(dǎo)質(zhì)子以及阻擋電子傳導(dǎo)的作用。

H*、O*和 OH*等中間體與催化劑的結(jié)合能是 ORR 反應(yīng)動力合能既不能太高，也不太低，這是決定 ORR 過電位和本這些中間體與催化中心的結(jié)合強(qiáng)度，ORR 的速率決定步驟中間體與催化劑的結(jié)合能很強(qiáng)的話，催化劑中 OOH*和 OH那些結(jié)合強(qiáng)度較弱的催化劑來說，O2質(zhì)子化形成的中間體過調(diào)節(jié)催化劑的局域電子結(jié)構(gòu)來調(diào)節(jié)中間產(chǎn)物的吸附能是。近年來，理論研究表明，OH*和 OOH*的結(jié)合能與催化劑。這種關(guān)系 GOOH=GOH+0.32±0.2 eV 適用于 Pt 和其他催化即使是在火山圖頂部的催化劑也仍有較大的過電位。因此發(fā)出比 Pt 基催化劑更有效的非貴金屬催化劑的最有希望的

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]低鉑燃料電池氧還原催化劑的制備技術(shù)研究進(jìn)展[J]. 南皓雄,黨岱,田新龍.  化工進(jìn)展. 2018(11)
[2]介孔氮摻雜碳材料應(yīng)用于氧還原催化劑[J]. 周賀,何興權(quán).  長春理工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2018(03)
[3]離子交換膜燃料電池技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用前景[J]. 汪繼強(qiáng).  電源技術(shù). 1995(04)

碩士論文
[1]堿性電解水析氫電極研究[D]. 徐超.湖南大學(xué) 2011



本文編號：3304093