【摘要】：燃料電池是一種能夠直接將燃料中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置,作為一種綠色能源被認(rèn)為是解決當(dāng)今社會(huì)能源問(wèn)題的重要手段之一。然而目前燃料電池由于其高昂的成本難以商業(yè)化推廣,僅僅在軍工和航空航天等特殊領(lǐng)域有應(yīng)用,民用領(lǐng)域如質(zhì)子交換膜燃料電池汽車仍然處于起步階段,但近幾年來(lái)發(fā)展迅猛。時(shí)至今日,質(zhì)子交換膜燃料電池仍然大量使用貴金屬鉑作為催化劑,這占到了燃料電池成本的30%左右。因此,發(fā)展非貴金屬催化劑用于代替價(jià)格高昂的鉑催化劑是當(dāng)下降低燃料電池成本加速燃料電池商業(yè)化的重要研究方向。本論文以金屬有機(jī)框架材料(Metal-Organic Framework,MOF)為研究基礎(chǔ),參考文獻(xiàn)合成了多種含有不同金屬的MOF材料,通過(guò)球磨法對(duì)MOF進(jìn)行混合和摻雜,得到了在酸性環(huán)境中具有高氧還原活性的非貴金屬氧還原催化劑。并通過(guò)多種物理和電化學(xué)表征方法對(duì)催化劑進(jìn)行詳細(xì)的研究,討論了催化劑成分對(duì)氧還原活性和穩(wěn)定性的影響。具體工作如下:1、分別以水熱法和球磨法合成MIL-53(Fe)與ZIF-8兩種不同的MOF材料,含鐵的MIL-53(Fe)作為鐵源,以高速球磨的方式把不同比例的兩種MOF混合,采用惰性氣體中高溫?zé)峤獾姆椒ㄖ苽銯eNC催化劑。樣品在酸性溶液中具有很高的氧還原活性,用其制備成的燃料電池膜電極開(kāi)路電位在0.9 V以上。實(shí)驗(yàn)探究了氮元素和鐵元素對(duì)氧還原活性的影響。2、介紹了以ZIF-8為基底,以MIL-53(Fe)、MIL-53(Co)分別作為鐵源與鈷源制備的CoNC催化劑和FeCoNC雙金屬催化劑。鈷的加入極大地提高了催化劑的穩(wěn)定性,而鈷、鐵元素的比例對(duì)催化劑性能和穩(wěn)定性有較大的影響。研究發(fā)現(xiàn)鈷、鐵兩種金屬的協(xié)同作用能夠保護(hù)氧還原活性位點(diǎn)。3、采用鄰菲羅啉和醋酸亞鐵對(duì)CoNC進(jìn)行氮、鐵摻雜。探究摻雜后的氧還原活性變化,進(jìn)一步論證金屬氮化物對(duì)催化劑活性的影響。
【圖文】：

氫氧質(zhì)子交換膜燃料電池工作原理圖

3-1 FeNC-1:15（a，b），F(xiàn)eNC-1:5（c，d）和 FeNC-1:1（e，f）的掃描電鏡有研究指出，鐵摻雜的 ZIF-8 在高溫作用下會(huì)形成碳納米管[45]，從本實(shí)驗(yàn)的結(jié)球磨的方法使得 ZIF-8 與含有鐵元素的 MIL-53（Fe）結(jié)合，，能夠在高溫下充分應(yīng)，碳納米管的數(shù)量、長(zhǎng)度、直徑與鐵含量有著直接明確的關(guān)系。從圖 3-1a、
【學(xué)位授予單位】：暨南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：O643.36;TM911.4

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本文編號(hào)：2643143