發(fā)布時(shí)間：2017-06-22 18:00

  本文關(guān)鍵詞：鈷基尖晶石的合成與氧還原電催化性能，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：甲醇燃料電池(DMFC)的商用陰極催化劑——鉑基催化劑,成了電池推廣應(yīng)用的瓶頸問題。這是因?yàn)殂K碳類存在著價(jià)格昂貴、穩(wěn)定性差和甲醇中毒等問題。為此,需要尋找其他催化劑來解決這些問題。本論文以鈷基尖晶石為研究對(duì)象,展開了以下三部分的探索。第一部分,運(yùn)用3個(gè)正交實(shí)驗(yàn)探索了三種鈷基催化劑Co-S、Co-Mn和Co-Ni的合成,嘗試從中找到一些有利于提高氧還原反應(yīng)催化效率的因素。對(duì)得到的結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,合成條件大致確定:溶劑選用乙二醇,溶劑熱溫度在180°C左右,時(shí)間可以確定為4 h,需要在空氣中煅燒氧化。而仍值得探索的是金屬鹽與沉淀劑的不同組合。第二部分,用簡單的溶劑熱法提高鈷基尖晶石(MCo2X4)對(duì)氧還原反應(yīng)的電催化性能。溶劑熱的條件通過正交實(shí)驗(yàn)L18(2×37)得到合理的優(yōu)化。實(shí)驗(yàn)考慮了5個(gè)條件,它們對(duì)ORR的影響大小排序?yàn)榻饘俪煞秩軇釡囟褥褵郎囟瘸恋韯┤軇┏煞�。錳,鎳或硫分別作為金屬成分或沉淀劑,被引入到Co_3O_4中,來確定最佳的MCo2X4。結(jié)果表明,在這些MCo2X4之中,純的Co_3O_4性能最好。碳黑負(fù)載的Co_3O_4(Co_3O_4/C)的極限電流達(dá)到商用鉑碳的90%,表明Co_3O_4/C接近鉑碳的催化效率。甲醇耐受性的測試結(jié)果顯示,Co_3O_4/C工作了6小時(shí)后仍保持95%的電流,展現(xiàn)了更好的甲醇耐受性和長時(shí)間的穩(wěn)定性。第三部分,制備出氮磷共摻碳負(fù)載的納米四氧化三鈷(Co_3O_4/NPC),并研究了它的氧還原反應(yīng)和析氧反應(yīng)性能。為了制備Co_3O_4/NPC,先用三聚氰胺、植酸和碳載體煅燒成NPC,接著用溶劑熱法在NPC表面負(fù)載Co_3O_4。線性掃描伏安法用來評(píng)估OER和ORR的性能。在OER方面,Co_3O_4/NPC的起始電勢(shì)是0.54 V(以飽和甘汞電極為參比電極),在0.80 V時(shí)電流密度達(dá)到21.95 mA cm 2,均優(yōu)于Co_3O_4/C和NPC。Co_3O_4/NPC的高效OER催化可歸因于氮磷共摻物與Co_3O_4之間的協(xié)同作用。在ORR方面,Co_3O_4/NPC的催化效率與商用Pt/C的相近,它們的擴(kuò)散極限電流密度分別為 4.49和 4.76 mA cm 2(E= 0.80 V)。在ORR過程中,Co_3O_4起到主要的催化作用。用計(jì)時(shí)電流(電流-時(shí)間)法評(píng)估催化劑的穩(wěn)定性。經(jīng)6 h的測試,在OER方面,Co_3O_4/NPC剩46%電流;在ORR方面,剩95%電流。整體而言,Co_3O_4/NPC在OER和ORR表現(xiàn)出高催化效率以及較好的穩(wěn)定性。
【關(guān)鍵詞】：鈷 摻雜碳 氧還原反應(yīng) 電催化
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(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5-6
• Abstract6-10
• 第一章 緒論10-18
• 1.1 背景10
• 1.2 甲醇燃料電池10-12
• 1.3 氧還原電催化劑12-16
• 1.3.1 Pt基催化劑12-13
• 1.3.2 非Pt基金屬催化劑13-14
• 1.3.3 碳材料14-16
• 1.4 正交實(shí)驗(yàn)16
• 1.5 本論文研究內(nèi)容16-18
• 1.5.1 鈷基催化劑的制備17
• 1.5.2 鈷基尖晶石催化劑的制備、ORR催化性能研究及表征17
• 1.5.3 Co_3O_4/NPC的制備、ORR與OER催化性能研究及表征17-18
• 第二章 實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備18-20
• 2.1 試劑與儀器18-19
• 2.2 電極的準(zhǔn)備19-20
• 第三章 鈷基催化劑制備條件20-29
• 3.1 引言20
• 3.2 實(shí)驗(yàn)20-21
• 3.2.1 催化劑的制備20
• 3.2.2 電測試的準(zhǔn)備20-21
• 3.3 結(jié)果與討論21-27
• 3.3.1 Co-Mn催化劑正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果21-23
• 3.3.2 Co-Ni催化劑正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果23-25
• 3.3.3 Co-S催化劑正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果25-27
• 3.4 本章小結(jié)27-29
• 第四章 鈷基尖晶石催化劑的制備、ORR催化性能研究及表征29-43
• 4.1 引言29-31
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分31-33
• 4.2.1 催化劑的制備31-32
• 4.2.2 樣品表征32-33
• 4.2.3 電測試33
• 4.3 結(jié)果與討論33-42
• 4.3.1 合成與表征33-35
• 4.3.2 電催化性能測試35-42
• 4.4 本章小結(jié)42-43
• 第五章 氮磷共摻碳載四氧化三鈷的合成與氧的雙催化性能43-55
• 5.1 引言43-44
• 5.2 實(shí)驗(yàn)部分44-46
• 5.2.1. 催化劑制備44-45
• 5.2.2. 樣品表征45
• 5.2.3. 電測試準(zhǔn)備45-46
• 5.3. 結(jié)果與討論46-54
• 5.3.1. 合成46-47
• 5.3.2. 表征47-49
• 5.3.3. 電測試49-54
• 5.4 本章小結(jié)54-55
• 結(jié)論55-56
• 參考文獻(xiàn)56-67
• 攻讀博士/碩士學(xué)位期間取得的研究成果67-68
• 致謝68-69
• 附件69

【相似文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

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本文編號(hào)：472581