隨著能源危機和環(huán)境破壞的加劇,燃料電池、金屬-空氣電池和水電解槽技術已被公認為是高效的能源轉換以及化石燃料替代品的新能源技術。高效的氧還原反應（ORR）、析氫反應（HER）和析氧反應（OER）催化劑在這些可再生能源技術中發(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中表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學性能。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大規(guī)模應用。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務之急。以過渡金屬（Fe,Co,Ni）為金屬中心的金屬有機框架材料（MOFs）具有結構可控、比表面積大、孔徑可調等優(yōu)點,在電化學催化領域中引起了廣泛的研究興趣。本文的設計思路為分別以Fe、Co和Ni三種金屬為金屬中心,通過調節(jié)配體的結構和組成來實現(xiàn)對最終材料比表面積、化學組成的調控,從而達到優(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電性和穩(wěn)定性,利用溶劑熱法制備了ZnCo-MOF/Gr,通過高溫熱解并調節(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】：長春理工大學吉林省

【文章頁數(shù)】：69 頁

【學位級別】：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生電流，不涉及到氫氣的產生和存儲，是直接將化學電能的能量轉換裝置。DMFC 裝置結構簡單，甲醇燃料的來源豐富、補給方存以及運輸。DMFC 的基本結構如圖 1.2 所示，DMFC 單電池主要由陰極、質子交換膜三部分構成，其中擴散層和催化劑層構成了電池電極。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散層，它不但可以支持催化層，還能起到傳遞質子流的作用。常用全氟磺酸膜用作質子交換膜，主要作用對反應物進行分離，傳遞、傳導質子以及阻擋電子傳導的作用。

H*、O*和 OH*等中間體與催化劑的結合能是 ORR 反應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合強度，ORR 的速率決定步驟中間體與催化劑的結合能很強的話，催化劑中 OOH*和 OH那些結合強度較弱的催化劑來說，O2質子化形成的中間體過調節(jié)催化劑的局域電子結構來調節(jié)中間產物的吸附能是。近年來，理論研究表明，OH*和 OOH*的結合能與催化劑。這種關系 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】：
期刊論文
[1]低鉑燃料電池氧還原催化劑的制備技術研究進展[J]. 南皓雄,黨岱,田新龍.  化工進展. 2018(11)
[2]介孔氮摻雜碳材料應用于氧還原催化劑[J]. 周賀,何興權.  長春理工大學學報(自然科學版). 2018(03)
[3]離子交換膜燃料電池技術的發(fā)展和應用前景[J]. 汪繼強.  電源技術. 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 2011



本文編號：3304093