發(fā)布時間：2021-10-10 23:32

　　隨著社會經(jīng)濟的高速發(fā)展,能源的大量消耗帶來了各種污染問題,影響著人類的健康,制約著社會進步。燃料電池作為一種綠色環(huán)保的高效能源裝置受到人們的關(guān)注。然而,燃料電池緩慢的陰極氧還原反應(yīng)（ORR）是制約燃料電池廣泛應(yīng)用的重要因素,目前最常見的催化劑是鉑基催化劑,但是它成本高昂,資源有限,易因甲醇中毒而影響催化活性。因此,開發(fā)穩(wěn)定性好、價格低廉、催化性能優(yōu)的陰極氧還原反應(yīng)催化劑,是實現(xiàn)燃料電池商業(yè)應(yīng)用的有效手段。金屬有機框架材料（MOFs）是一種由金屬離子與有機官能團有序配位而成的具有多孔結(jié)構(gòu)的晶體復(fù)合材料,它具有很多優(yōu)勢,例如較穩(wěn)定的結(jié)構(gòu),可調(diào)節(jié)的孔結(jié)構(gòu),較大的比表面積及孔隙率等,可以用于電催化氧還原反應(yīng)。本文主要基于鐵、鈷、鎳三種過渡金屬元素制備了形貌優(yōu)良的過渡金屬氧化物MOFs材料,并做了多種表征,探討了它們的電催化氧還原性能。具體研究內(nèi)容如下:通過冷凝回流法制備了基于Co₃O₄金屬有機框架材料（MOFs）,在氮氣下退火,通過XRD、SEM、拉曼光譜對材料進行了表征,用三電極體系對材料的氧還原性能進行了測試,通過在制備前摻雜石墨烯,制備后氮氣下... 

【文章來源】：中國地質(zhì)大學(xué)(北京)北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：75 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

燃料電池工作示意圖

圖 2-3 不同條件改性 Co3O4SEM 圖：（a）Co3O4（b）Co3O4@GO（c）Co3O4-CoP（d）Co3O4-CoP @GO2.3.2 不同條件改性 Co3O4在堿性介質(zhì)中電催化性能研究圖 2-4 是不同條件改性 Co3O4在氧飽和的 KOH 溶液中循環(huán)伏安曲線圖，我們可以從圖中清晰看出，四種材料都出現(xiàn)了還原峰，還原峰的電壓由表2-3給出。我們可以看到的是，未經(jīng)過改性的 Co3O4材料的還原峰電壓是最大的 0.77 V vsRHE，經(jīng)過石墨烯摻雜，還原峰電壓的變化都不是很大，是 0.76 V vs RHE。Co3O4-CoP逆向偏移了0.09 V vs RHE。Co3O4-CoP@GO的還原峰電壓是0.75 V vsRHE。經(jīng)過不同條件的改性，峰電流提升明顯，Co3O4@GO（0.34mA/cm-2）、Co3O4-CoP（0.42mA/cm-2）、Co3O4-CoP@GO（0.55mA/cm-2）分別比原始 Co3O4提升了 11.3%、14.0%、18.3%。Co3O4-CoP@GO 的峰電流提升最大。

擬合得出的塔菲爾斜率分別是：Co3O4（45.0mV/Dec）、Co3O4@GO（32.8mV/Dec）、Co3O4-CoP（30.0mV/Dec）、Co3O4-CoP@GO（19.2mV/Dec）。Co3O4-CoP@GO 的塔菲爾斜率最小，這說明它具有更快速的電子傳輸動力學(xué)。根據(jù)四種材料的 LSV 極化曲線，根據(jù) K-L 方程計算不同電壓下的電子轉(zhuǎn)移數(shù)。在0.2V條件下，電子轉(zhuǎn)移數(shù)分別計算得到Co3O4（n=4.53）、Co3O4@GO（n=3.90）、Co3O4-CoP（n=3.17）、Co3O4-CoP@GO（n=4.36）。說明四種材料 ORR 反應(yīng)都符合四電子反應(yīng)過程，Co3O4-CoP@GO 的催化選擇性最佳。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]陰離子膜燃料電池陰極Co3O4/C催化劑的制備及ORR性能[J]. 王東超,黃乃寶,孫銀,張俊杰,詹溯.  大連海事大學(xué)學(xué)報. 2017(03)
[2]中國環(huán)境污染損害鑒定評估研究進展[J]. 邢潔,曲茉莉,李立欣,劉繼鳳.  環(huán)境科學(xué)與管理. 2016(05)
[3]中國環(huán)境污染與人類發(fā)展的實證研究[J]. 李曉羽,盛鵬飛,楊俊.  重慶大學(xué)學(xué)報(社會科學(xué)版). 2015(01)

博士論文
[1]過渡金屬磷化物及其復(fù)合物的制備與電催化性能研究[D]. 鄭海燕.北京科技大學(xué) 2019



本文編號：3429359