本文關(guān)鍵詞：基于氮摻雜多孔碳材料的燃料電池陰極電催化劑的制備與性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：能源問題是21世紀(jì)最大的問題之一。隨著人口的增多和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,能源需求越來越大。越來越多的科學(xué)研究者們已經(jīng)不遺余力地尋找可持續(xù)能源設(shè)備,如燃料電池,太陽(yáng)能電池,金屬-空氣電池,鋰離子電池,超級(jí)電容器等等。其中,燃料電池作為環(huán)境友好型能源設(shè)備,受到了廣泛的關(guān)注。但在燃料電池實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用的過程中,遇到的最大問題之一就是陰極氧還原反應(yīng)的催化劑問題。本論文針對(duì)此問題,研究了兩種新型氧還原電催化劑,這種新型催化劑成本低,性能高,能夠有效催化燃料電池陰極氧還原反應(yīng)。主要工作如下：制備了氮、鈷共摻雜介孔碳/石墨烯納米復(fù)合材料(CMK3/G-N-Co):首先采用改進(jìn)的Hummers法制備氧化石墨烯,然后添加介孔碳CMK3和四水合乙酸鈷與制備好的氧化石墨烯溶液進(jìn)行混合,機(jī)械攪拌后冷凍干燥,最后將干燥混合物在氨氣氣氛中高溫?zé)崽幚淼玫阶罱K產(chǎn)物。通過掃描透射電鏡、X射線衍射、光電子能譜等對(duì)最終產(chǎn)物進(jìn)行表征,分別在酸性和堿性介質(zhì)中測(cè)試最終產(chǎn)物的氧氣電還原催化性能。探究了四水合乙酸鈷的含量,氧化石墨烯的含量以及熱處理溫度和熱處理時(shí)間對(duì)CMK3/G-N-Co催化劑催化性能的影響。得到最佳制備條件為：四水合乙酸鈷的含量為13.0 mg,氧化石墨烯的含量為30.0 mL,熱處理溫度為950℃C,熱處理時(shí)間為50 min。該條件制備的產(chǎn)物在堿性介質(zhì)中具有很好的氧還原催化性能,它的半峰電位比商業(yè)Pt/C(20%)只低了27 mV。與Pt/C(20%)相比,它具有很好的抗甲醇性能和穩(wěn)定性。制備了氮、鐵共摻雜介孔碳/碳納米管納米復(fù)合材料(NFe-CNT/CMK3):將介孔碳CMK3和三氯化鐵溶于去離子水中,機(jī)械攪拌后冷凍干燥,再將干燥混合物與500 mg的三聚氰胺充分地研磨；最后在氮?dú)鈿夥罩袩崽幚淼玫阶罱K產(chǎn)物。通過掃描電鏡、透射電鏡、BET比表面積測(cè)試等對(duì)最終產(chǎn)物進(jìn)行表征,在酸性介質(zhì)中測(cè)試最終產(chǎn)物的氧氣電還原催化性能。探究了三氯化鐵的含量,熱處理溫度和熱處理時(shí)間對(duì)NFe-CNT/CMK3催化劑催化性能的影響。得到最佳制備條件為：三氯化鐵的含量為6.0 mg,熱處理溫度為950℃,熱處理時(shí)間為60 mmin。該條件制備的產(chǎn)物在酸性介質(zhì)中具有很好的氧還原催化性能。它的起始電位和半峰電位比商業(yè)Pt/C(20%)分別只低了68 mV和63 mV,并且在電位低于670 mV時(shí),它的還原電流比Pt/C(20%)要大得多。另外,與Pt/C(20%)相比,它具有很好的抗甲醇性能和穩(wěn)定性。
【關(guān)鍵詞】：燃料電池 氧還原反應(yīng) 石墨烯 碳納米管 催化
【學(xué)位授予單位】：安徽大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O643.36;TM911.4
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第一章 緒論9-43
• 1.1 前言9-10
• 1.2 燃料電池的概述10-13
• 1.2.1 燃料電池的分類和工作原理10-12
• 1.2.2 燃料電池的優(yōu)點(diǎn)12-13
• 1.3 燃料電池陰極氧還原反應(yīng)機(jī)理13-15
• 1.3.1 氧還原反應(yīng)在酸、堿性電解質(zhì)中的反應(yīng)路線13
• 1.3.2 氧還原反應(yīng)在不同催化劑下的反應(yīng)機(jī)理13-15
• 1.4 燃料電池陰極氧還原反應(yīng)催化劑15-31
• 1.4.1 Pt基催化劑16-17
• 1.4.2 非貴金屬催化劑17-25
• 1.4.3 非金屬催化劑25-31
• 1.5 本論文的研究意義和研究?jī)?nèi)容31-33
• 1.5.1 研究意義31-32
• 1.5.2 研究?jī)?nèi)容32-33
• 參考文獻(xiàn)33-43
• 第二章 CMK3/G-N-Co催化劑的制備、表征及性能研究43-66
• 2.1 前言43
• 2.2 實(shí)驗(yàn)試劑與儀器43-45
• 2.3 實(shí)驗(yàn)步驟45-46
• 2.3.1 氧化石墨烯的制備45
• 2.3.2 CMK3/G-N-Co的制備45-46
• 2.3.3 CMK3/G-N的制備46
• 2.3.4 CMK3-N-Co的制備46
• 2.3.5 G-N-Co的制備46
• 2.4 結(jié)果與討論46-61
• 2.4.1 表征46-51
• 2.4.2 性能測(cè)試51-61
• 2.5 本章小結(jié)61-62
• 參考文獻(xiàn)62-66
• 第三章 NFe-CNT/CMK3催化劑的制備、表征及性能研究66-85
• 3.1 前言66
• 3.2 實(shí)驗(yàn)試劑與儀器66-67
• 3.3 實(shí)驗(yàn)步驟67-69
• 3.3.1 NFe-CNT/CMK3的制備67-68
• 3.3.2 NFe-CNT的制備68
• 3.3.3 Fe-CMK3的制備68
• 3.3.4 N-CMK3的制備68-69
• 3.4 結(jié)果與討論69-81
• 3.4.1 表征69-75
• 3.4.2 性能測(cè)試75-81
• 3.5 本章小結(jié)81-82
• 參考文獻(xiàn)82-85
• 第四章 總結(jié)與展望85-87
• 4.1 總結(jié)85
• 4.2 展望85-87
• 致謝87-88
• 碩士期間發(fā)表的論文及研究成果88

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 陳先學(xué),盧建樹;直接甲醇燃料電池電催化劑的研究進(jìn)展[J];化工新型材料;2003年05期

2 陳維民;孫公權(quán);趙新生;孫丕昌;楊少華;辛勤;;直接甲醇燃料電池電催化劑性能衰減研究[J];高等學(xué)�；瘜W(xué)學(xué)報(bào);2007年05期

3 張林森;王力臻;李振亞;王為;;活性炭負(fù)載鎳析氫電催化劑的制備和表征[J];化學(xué)工業(yè)與工程;2009年02期

4 侯曉川;高叢X&;肖連生;張樹峰;劉晨;郭金良;;納米碳基鉑電催化劑的研制及表征[J];有色金屬(冶煉部分);2010年06期

5 巢亞軍;;特拉華大學(xué)研發(fā)高選擇性高效電催化劑可將二氧化碳轉(zhuǎn)化為化學(xué)品[J];化學(xué)工業(yè)與工程技術(shù);2014年01期

6 于書平;婁群;劉潤(rùn)婷;韓克飛;汪中明;朱紅;;Cu@Pt/MWCNTs-MnO_2電催化劑的制備及電催化性能研究[J];化學(xué)學(xué)報(bào);2012年22期

7 李旭光,邢巍,唐亞文,陸天虹;直接甲醇燃料電池陰極電催化劑的研究進(jìn)展[J];化學(xué)通報(bào);2003年08期

8 唐志誠(chéng);呂功煊;;直接甲醇燃料電池陽(yáng)極電催化劑[J];化學(xué)進(jìn)展;2007年09期

9 郭娟;陳勝洲;鄒漢波;林維明;;導(dǎo)電聚合物電催化劑的研究進(jìn)展[J];電池;2010年06期

10 李青蓮;曲永和;;電化學(xué)工業(yè)中電催化劑的活性及其設(shè)計(jì)的探討[J];陜西化工;1992年03期

中國(guó)重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 趙瑩瑩;楊文勝;;Pd/TiO_2-graphene電催化劑的制備及其性能研究[A];第十四屆全國(guó)青年催化學(xué)術(shù)會(huì)議會(huì)議論文集[C];2013年

2 徐明麗;張正富;楊顯萬;;直接甲醇燃料電池中陽(yáng)極電催化劑的研究現(xiàn)狀[A];2006年全國(guó)功能材料學(xué)術(shù)年會(huì)專輯[C];2006年

3 劉曉為;索春光;張宇峰;唐鼎;;微型直接甲醇燃料電池用電催化劑的制備及性能[A];第十三次全國(guó)電化學(xué)會(huì)議論文摘要集（上集）[C];2005年

4 夏小蕓;原鮮霞;張慧娟;馬紫峰;;卟啉電催化劑的超聲分散法制備工藝研究[A];2008 International Hydrogen Forum Programme and Abstract[C];2008年

5 徐吉靜;王中利;徐丹;張蕾蕾;張新波;;新型鋰空氣電池電催化劑研究[A];第十四屆全國(guó)青年催化學(xué)術(shù)會(huì)議會(huì)議論文集[C];2013年

6 陳金媛;;TiO_2／碳納米管光電催化劑的制備及性能[A];第四屆全國(guó)環(huán)境催化與環(huán)境材料學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2005年

7 陳勝洲;楊偉;王松清;劉自力;林維明;;氮摻雜碳?xì)饽z負(fù)載鈷電催化劑的性能研究[A];低碳技術(shù)與材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展研討會(huì)論文集[C];2010年

8 劉巖;王遠(yuǎn);高昂;張琳瑋;;高催化活性和高穩(wěn)定性直接甲醇燃料電池電催化劑[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第29屆學(xué)術(shù)年會(huì)摘要集——第28分會(huì)：綠色化學(xué)[C];2014年

9 黃建書;張校剛;羅建民;孫景玉;楊文建;;水熱法制備Ag-WO_3納米電催化劑[A];第二十七屆全國(guó)化學(xué)與物理電源學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2006年

10 陳聲培;黃桃;侯曉雯;周志有;孫世剛;;不銹鋼載鉑基電催化劑上甲酸氧化的原位FTIR反射光譜研究[A];全國(guó)第13屆分子光譜學(xué)術(shù)報(bào)告會(huì)論文集[C];2004年

中國(guó)重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 本報(bào)記者 羅阿華 通訊員 羅威;電催化劑設(shè)計(jì):開通反應(yīng)直通車[N];中國(guó)化工報(bào);2014年

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 王娟;多級(jí)微納結(jié)構(gòu)Ni/Co基電催化劑的制備及氫能轉(zhuǎn)換中的應(yīng)用[D];北京化工大學(xué);2015年

2 周振華;直接甲醇燃料電池：高分散高負(fù)載鉑基電催化劑的制備規(guī)律研究[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院（大連化學(xué)物理研究所）;2003年

3 賈榮利;石墨化瀝青基超細(xì)炭粉負(fù)載Pt基電催化劑的研究[D];天津大學(xué);2005年

4 朱科;質(zhì)子交換膜燃料電池Pt/C電催化劑和膜電極的研究[D];天津大學(xué);2005年

5 姜魯華;直接醇類燃料電池陽(yáng)極鉑基電催化劑的研究[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院（大連化學(xué)物理研究所）;2005年

6 王毓娟;SOFC陽(yáng)極甲烷直接氧化電催化劑的研究[D];華南理工大學(xué);2001年

7 馬俊紅;鉑—釕電催化劑中助劑釕的形態(tài)及穩(wěn)定性研究[D];大連理工大學(xué);2010年

8 陳維民;直接甲醇燃料電池電催化劑穩(wěn)定性研究[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院（大連化學(xué)物理研究所）;2007年

9 侯中軍;質(zhì)子交換膜燃料電池抗CO電催化劑及電極結(jié)構(gòu)的研究[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院（大連化學(xué)物理研究所）;2003年

10 高敏銳;幾種少鉑/非鉑電催化劑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、宏量合成及應(yīng)用研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2012年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 安麗娟;直接乙醇燃料電池：鉑基和鈀基電催化劑的研究[D];石河子大學(xué);2015年

2 韓苗;靜電紡絲法制備用于ORR的PdCo催化劑[D];大連交通大學(xué);2015年

3 胡登平;碳基錳鈷尖晶石氧化物復(fù)合陰極電催化劑的制備及性能研究[D];南京理工大學(xué);2015年

4 劉寧;納米二硫化鉬制氫電催化劑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與性能優(yōu)化[D];暨南大學(xué);2015年

5 陸楠寧;三芳基咪唑類有機(jī)電催化劑的電極反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、結(jié)構(gòu)優(yōu)化及應(yīng)用研究[D];北京工業(yè)大學(xué);2015年

6 黃祥君;基于氮摻雜多孔碳材料的燃料電池陰極電催化劑的制備與性能研究[D];安徽大學(xué);2016年

7 孫世國(guó);直接甲醇燃料電池電催化劑形貌控制制備研究[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院（大連化學(xué)物理研究所）;2006年

8 婁群;質(zhì)子交換膜燃料電池陰極電催化劑的制備與表征[D];北京化工大學(xué);2012年

9 劉萍;蛋清制氧還原反應(yīng)電催化劑的研究[D];重慶大學(xué);2013年

10 閻宏達(dá);不銹鋼基鉑錫雙金屬電催化劑的研究[D];北京化工大學(xué);2010年

  本文關(guān)鍵詞：基于氮摻雜多孔碳材料的燃料電池陰極電催化劑的制備與性能研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：353453