可再生能源(諸如風(fēng)能、水能和太陽能等)的發(fā)展雖然減緩了能源危機(jī),但是它們?nèi)匀淮嬖谀茉摧敵霾环�(wěn)定、利用率低以及受到地域限制等諸多缺點(diǎn)。如何將這些能源有效地儲(chǔ)存并利用起來成為了最重要的研究課題,由此衍生了一系列新型的電池系統(tǒng)。高功率并且清潔無污染的可再生堿性燃料電池是其中最有潛力的代表之一,但是其陰極雙效氧催化劑卻成為了電池發(fā)展的最大瓶頸,盡管貴金屬催化劑具備優(yōu)異的催化活性,但是含量稀少、價(jià)格昂貴而無法實(shí)現(xiàn)大規(guī)模使用,人們迫切需要一種高效穩(wěn)定并且廉價(jià)的雙效氧催化劑。本文圍繞可再生燃料電池的雙效氧催化劑,以過渡金屬鈷、錳元素作為研究對象,從單元金屬氧化物的雙效氧催化活性開始,通過金屬摻雜、碳載體的復(fù)合、氮元素的摻雜等一系列雙效氧催化劑的改進(jìn)策略,不斷提高催化劑雙效氧催化活性的同時(shí)剖析了每一步驟對于雙效氧催化活性的影響。對于氮摻雜碳基鈷錳氧化物復(fù)合材料中各種雙效催化活性的影響因素進(jìn)行了全面的分析。最初氧氣析出反應(yīng)(OER)性能優(yōu)異但是氧氣還原反應(yīng)(ORR)性能欠佳的鈷氧化物,通過錳摻雜后成為了具備雙效氧催化活性的二元鈷錳氧化物,其中錳元素的摻雜改變了鈷氧化物的電子結(jié)構(gòu)從而促進(jìn)了雙效氧催化活性。...

【文章頁數(shù)】：90 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【文章目錄】：
致謝
摘要
Abstract
1 緒論
2 文獻(xiàn)綜述
    2.1 可再生燃料電池綜述
        2.1.1 可再生燃料電池的特點(diǎn)
        2.1.2 可再生燃料電池的分類
    2.2 堿性可再生燃料電池
        2.2.1 堿性可再生燃料電池的優(yōu)點(diǎn)
        2.2.2 堿性可再生燃料電池的研究現(xiàn)狀
    2.3 堿性可再生燃料電池的陰極反應(yīng)
        2.3.1 氧還原反應(yīng)和氧析出反應(yīng)
        2.3.2 貴金屬雙效氧催化劑
        2.3.3 非貴金屬雙效氧催化劑
    2.4 鈷、錳氧化物類催化劑
    2.5 本文研究的內(nèi)容及意義
3 實(shí)驗(yàn)方法
    3.1 原料與制備
    3.2 催化劑的物理表征
        3.2.1 X射線衍射分析
        3.2.2 掃描電子顯微鏡分析
        3.2.3 透射電子顯微鏡分析
        3.2.4 能譜分析
        3.2.5 X射線光電子能譜分析
        3.2.6 比表面積分析
    3.3 催化劑的電化學(xué)表征
        3.3.1 旋轉(zhuǎn)圓盤電極與旋轉(zhuǎn)環(huán)盤電極
        3.3.2 循環(huán)伏安法
        3.3.3 催化劑分散液(ink)的配制
        3.3.4 標(biāo)準(zhǔn)氫電極的制備
        3.3.5 工作電極的制備
4 金屬元素的摻雜對于氧化物的雙效氧催化性能的影響
    4.1 前言
    4.2 實(shí)驗(yàn)部分
        4.2.1 單雙元鈷錳氧化物的合成
        4.2.2 實(shí)驗(yàn)步驟
    4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論
        4.3.1 單元鈷、錳氧化物的雙效氧催化活性比較及分析
        4.3.2 單元鈷、錳氧化物的XRD表征及分析
        4.3.3 不同鈷錳比例的二元鈷錳氧化物的雙效氧催化活性比較及分析
        4.3.4 錳摻雜對于鈷氧化物的電化學(xué)阻抗(EIS)的影響及分析
        4.3.5 錳摻雜對于鈷氧化物的晶型(XRD)的影響及分析
        4.3.6 錳摻雜對于鈷氧化物的形貌(TEM)的影響及分析
        4.3.7 二元鈷錳氧化物的透射電鏡-面掃描表征及分析
        4.3.8 錳摻雜對于鈷氧化物的電子結(jié)構(gòu)(XPS)的影響及分析
    4.4 本章小結(jié)
5 不同種類的碳載體對于鈷錳氧化物雙效氧催化性能的影響
    5.1 前言
    5.2 實(shí)驗(yàn)部分
    5.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論
        5.3.1 不同種類的碳載體(EC-300，EC-600JD，Vulcan, Graphene, CNT)負(fù)載鈷錳氧化物的電化學(xué)表征及分析
        5.3.2 不同種類的碳載體(EC-300, EC-600JD，Vulcan, Graphene, CNT)負(fù)載鈷錳氧化物的ORR穩(wěn)定性測試及分析
        5.3.3 不同種類的碳載體(EC-300, EC-600JD, Vulcan, Graphene, CNT)負(fù)載鈷錳氧化物的OER穩(wěn)定性測試及分析
        5.3.4 不同種類的碳載體(EC-300, EC-600JD，Vulcan, Graphene, CNT)負(fù)載鈷錳氧化物的SEM表征及分析
        5.3.5 Co_2.25Mn_0.75O₄/EC-300和Co_2.25Mn_0.75O₄/CNT的TEM表征及分析
    5.4 本章小結(jié)
6 氮元素的摻雜對于鈷錳氧化物/CNT雙效氧催化性能的影響
    6.1 前言
    6.2 實(shí)驗(yàn)部分
    6.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論
        6.3.1 不同合成方法對于Co_2.25Mn_0.75O₄/CNT雙效氧催化活性的影響
        6.3.2 N-CNT中N的摻雜含量的分析
        6.3.3 N的摻雜含量對于Co_2.25Mn_0.75O₄/N-CNT的雙效氧催化活性的影響
        6.3.4 N的摻雜對于Co_2.25Mn_0.75O₄/N-CNT的雙效氧催化穩(wěn)定性的影響
        6.3.5 N的摻雜對于Co_2.25Mn_0.75O₄/N-CNT的電化學(xué)阻抗的影響
        6.3.6 N的摻雜對于Co_2.25Mn_0.75O₄/N-CNT的電子結(jié)構(gòu)(XPS)的影響
        6.3.7 N的摻雜對于Co_2.25Mn_0.75O₄/N-CNT的比表面積(BET)的影響
        6.3.8 N的摻雜對于Co_2.25Mn_0.75O₄/N-CNT的晶體結(jié)構(gòu)(XRD)的影響
    6.4 Co_2.25Mn_0.75O₄/N-CNT和Fe-N-C催化劑雙效氧催化活性的比較及分析
    6.5 本章小結(jié)
7 結(jié)論與展望
    7.1 結(jié)論
    7.2 展望
參考文獻(xiàn)
作者簡歷
科研成果



本文編號(hào)：3826242