【摘要】：隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,化石能源的短缺和環(huán)境污染成為當(dāng)前社會(huì)所面臨的嚴(yán)重問(wèn)題。為了解決這些問(wèn)題,研究者們嘗試開(kāi)發(fā)各種新型的清潔能源,其中燃料電池由于其較高的能量轉(zhuǎn)換效率和綠色環(huán)保的特點(diǎn)引起人們的廣泛關(guān)注。燃料電池的陰極催化效率遠(yuǎn)低于陽(yáng)極催化劑且成本較高,是制約其大規(guī)模應(yīng)用的關(guān)鍵因素,因此開(kāi)發(fā)高效的陰極氧氣還原反應(yīng)(ORR)催化劑成為近些年來(lái)的研究熱點(diǎn)~([1-3])。目前性能最好的ORR催化劑為鉑基材料,因?yàn)橘F金屬鉑的儲(chǔ)量有限,價(jià)格高昂且易被毒化,所以O(shè)RR催化劑的研究重點(diǎn)在于開(kāi)發(fā)高效且價(jià)格低廉的非貴金屬催化劑,如碳材料、過(guò)渡金屬硫族化合物和金屬有機(jī)化合物ORR催化劑等,其中卟啉基大環(huán)有機(jī)化合物因?yàn)槠洫?dú)特的大環(huán)結(jié)構(gòu)與優(yōu)異的催化性能而受到人們的關(guān)注。通過(guò)改變卟啉的中心金屬和分子結(jié)構(gòu),并與其它材料復(fù)合,可以進(jìn)一步提高卟啉基電催化劑的性能�，F(xiàn)有的卟啉基電催化劑主要是通過(guò)將卟啉碳化的方法來(lái)提高電催化性能,在這個(gè)過(guò)程中破壞了卟啉本身的結(jié)構(gòu),且產(chǎn)物的組成結(jié)構(gòu)并不可控。為了解決這個(gè)問(wèn)題,本論文中我們合成了吡啶基卟啉金屬配位聚合物,并進(jìn)一步與多壁碳納米管復(fù)合,最終得到ORR性能優(yōu)良的卟啉基有機(jī)電催化劑。具體的研究?jī)?nèi)容分為兩個(gè)方面:1.TPyP-Co@MWCNTs單金屬?gòu)?fù)合材料的制備及其ORR性能測(cè)試。通過(guò)溶劑熱法,將四吡啶基卟啉(TPyP)與金屬Co的鹽類反應(yīng)得到TPyP-Co金屬卟啉配合物,為了改善其導(dǎo)電性,同時(shí)在合成的過(guò)程中引入多壁碳管,并使用超聲細(xì)胞粉碎儀分散原材料,最終得到了具有核-殼結(jié)構(gòu)的卟啉碳納米管復(fù)合的納米材料,并通過(guò)一系列的表征證明了復(fù)合材料的生成。對(duì)材料的ORR電催化性能進(jìn)行測(cè)試,性能最優(yōu)的樣品氧氣還原的電位為-0.180 V(vs.Ag/AgCl,以下相同),半波電壓為-0.176 V,極限電流達(dá)到5.1 mA/cm~2,其與Pt/C相當(dāng),電子轉(zhuǎn)移數(shù)為4,其穩(wěn)定性能和抗甲醇干擾性能優(yōu)于Pt/C催化劑。2.FeTPyP-M@MWCNTs雙金屬?gòu)?fù)合材料的制備及其ORR性能測(cè)試。我們選取四吡啶基鐵卟啉(FeTPyP)與Co、Ni和Fe金屬離子配位,使用溶劑熱法得到卟啉雙金屬配合物@多壁碳管的復(fù)合材料。通過(guò)X射線衍射、傅里葉變換紅外光譜、拉曼光譜和高分辨透射電子顯微鏡等表征手段,證明卟啉雙金屬配位聚合的生成。性能測(cè)試結(jié)果表明,以FeTPyP為配體,其中吡啶氮配位金屬為Co時(shí)ORR性能最優(yōu),這說(shuō)明卟啉分子中吡啶氮的配位金屬顯著影響材料的催化性能,同時(shí)金屬-金屬之間的協(xié)同作用也是一個(gè)不可忽略的因素。性能最優(yōu)的樣品氧還原電位是-0.195 V,ORR起峰電位是-0.100 V,半波電位為-0.193 V,極限電流達(dá)到5.2 mA/cm~2,轉(zhuǎn)移電子數(shù)在3.7~3.9之間。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)達(dá)10000s的循環(huán)電流降為起始電流的85.5%,該復(fù)合材料的電催化穩(wěn)定性明顯優(yōu)于商業(yè)的Pt/C,且抗甲醇毒化性能優(yōu)良。
【圖文】：

圖 1-1 PEMFCs 工作原理交換膜左邊為陽(yáng)極發(fā)生氫氣氧化分解的反應(yīng)，質(zhì)子交換膜右邊為應(yīng)，最終產(chǎn)物為水。首先催化劑覆蓋在質(zhì)子交換膜表面，在催化MFCs 的陽(yáng)極分解為質(zhì)子，，接著這些質(zhì)子在質(zhì)子交換膜的作用下到

圖 1-2 a：卟啉；b：卟吩；c：金屬卟啉的結(jié)構(gòu)示意圖1.4.2 卟啉基碳化物 ORR 電催化劑近些年來(lái)，過(guò)渡金屬摻雜碳材料受到了研究者們的廣泛關(guān)注。金屬卟啉配位聚
【學(xué)位授予單位】：河南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TQ426;TM911.4

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 ;科技部發(fā)布2016年度中國(guó)科學(xué)十大進(jìn)展[J];科學(xué)家;2017年04期

2 Rudo1f Holze,常云峰,陳金玲;作為電催化劑的炭在電化學(xué)能轉(zhuǎn)化中的應(yīng)用[J];新型碳材料;1987年02期

3 D.E.Brown;M.N.Mahmood;M.C.M.Man;A.K.Turner;林文修;;堿性溶液中H_2析出反應(yīng)的低過(guò)電位過(guò)渡金屬合金電催化劑的制備和特性[J];氯堿工業(yè);1987年06期

4 林文修,林性如,

本文編號(hào)：2678984