發(fā)布時間：2020-07-14 06:38

【摘要】：如今,能源危機(jī)日益臨近,環(huán)境污染也日益嚴(yán)重。一種具有清潔、廉價、無污染的新型能源能夠開發(fā)出來將對人類社會的發(fā)展具有重大意義。燃料電池因?yàn)槟芰哭D(zhuǎn)換率高、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)受到了廣泛研究,但是燃料電池的陰極氧還原反應(yīng)具有動力學(xué)遲緩的缺點(diǎn),因而需要借助一種高效的催化劑來促進(jìn)催化氧還原反應(yīng)的進(jìn)行。傳統(tǒng)Pt/C催化劑有著最低的過電位,能夠有效地進(jìn)行四電子氧還原反應(yīng),曾一度作為最佳陰極催化劑。但是,其一直存在穩(wěn)定性低、甲醇耐受性低等缺點(diǎn),尤其其高昂的成本和資源的稀罕極大地制約了燃料電池的大規(guī)模商業(yè)化推廣應(yīng)用。因此,研究并開發(fā)出一種價格低廉且高效穩(wěn)定的氧還原催化劑來替代Pt催化劑或Pt基催化劑能夠有效解決能源危機(jī)和環(huán)境污染問題。碳材料憑借獨(dú)特且優(yōu)異的性能受到研究者們的廣泛關(guān)注,其中,氮原子摻雜的碳材料能夠有效增大比表面積,增加活性位,進(jìn)而有效提高催化劑的催化性能。在氮摻雜碳材料中,尤其是可再生資源的生物質(zhì)不僅本身可提供碳源,還可提供氮源等,成為了科學(xué)研究者們的一大重要研究課題。本文主要采用價廉、簡單且環(huán)保的方法制備生物質(zhì)基的氧還原碳催化劑并進(jìn)行相關(guān)性能測試研究其氧還原性能。研究內(nèi)容主要包括一下三方面:(1)以生物質(zhì)——竹葉為原料,在氮?dú)夥諊胁捎弥苯訜峤夥ㄟM(jìn)行高溫?zé)峤庖灾苽涞獡诫s的碳催化劑(2)以生物質(zhì)——荷葉為原料,研究基于荷葉制備的氮摻雜碳催化劑的催化活性。(3)基于荷葉制備N,P雙摻雜的碳催化劑,用H_3PO_4作為P源,荷葉本身可為碳源和氮源,通過高溫?zé)峤馓幚淼玫骄哂辛己么呋阅艿奶即呋瘎�。其�?第三部分是在第二部分研究的基礎(chǔ)上,研究探討雙摻雜對催化劑活性的影響,進(jìn)一步改善催化劑的催化性能�；谥袢~和荷葉制備的氮摻雜碳催化劑可作為非金屬陰極催化劑用于堿性媒介中的氧還原反應(yīng)研究。采用相關(guān)測試手段,如,SEM、BET、XRD和XPS等,對制備的催化劑進(jìn)行相應(yīng)的表征,并用RDE和RRDE電化學(xué)方法測試其ORR活性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明生物質(zhì)基的碳催化劑具有優(yōu)良的催化活性、抗甲醇性和穩(wěn)定性,對燃料電池的大規(guī)模發(fā)展具有重要意義。
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TM911.4;TQ127.11
【圖文】：

著能源緊缺、環(huán)境污染和氣候變暖等重大問題的出現(xiàn)全世界人們的廣泛關(guān)注和重視[1-3]。人們希望通過不斷全、高效且可持續(xù)滿足人們?nèi)粘Ｉa(chǎn)與生活所需的替代的基本工作原理就是將燃料和氧化劑發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)換成電能[7-9]，具體如圖 1.1 所示。從圖 1.1傳統(tǒng)能源有所不同。燃料電池中的反應(yīng)物不需要儲存，只要滿足燃料和氧化劑的不間斷供應(yīng)，就可實(shí)現(xiàn)連池的優(yōu)點(diǎn)在于其能源轉(zhuǎn)換效率不會受到卡諾循環(huán)的限程中不涉及燃燒。自然而然，燃料電池具有潔凈和高效池也被稱為 21 世紀(jì)的最佳新能源，受到了全世界各國重視。燃料電池的種類非常豐富，根據(jù)電解質(zhì)的不同料電池（Alkine Fuel Cell，AFC）、固體氧化物燃料電池FC）、磷酸燃料電池（Phosphorous Acid Fuel Cell, PA（Proton Exchange Membrane Fuel Cell, DMFC）[10-12]。

圖 1.2 氮摻雜碳材料中氮的存在形式Fig.1.2 The form of nitrogen in the carbon materials碳材料的影響因素載體—碳源，與氧還原催化劑的催化性能優(yōu)至關(guān)重要[30, 49-51]。Dick[50]研究碳材料的作用，本身也具有一定的催化性能，所以可以通化活性。燃料電池催化劑曾以炭黑為主，但的局限，在一定程度上限制了催化劑的催化CNT）、石墨烯和碳纖維等納米碳材料[52-54]制備出高性能的催化劑，實(shí)驗(yàn)制備出垂直取碳催化劑，在堿性介質(zhì)中展現(xiàn)出了良好的催，并且其耐久性和穩(wěn)定性都遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于商業(yè) P 溶液中，在-0.22 V 時，VA-NCNTs 催化劑

圖 1.3 竹葉Fig.1.3 Bamboo leaves圖 1.4 黃酮類化合物Fig.1.4 Flavonoids料的研究為一種既是藥品又是食物的天然植物，一查閱可知，荷葉表面分布著眾多微小的著一些較大的乳突，形成凹凸結(jié)構(gòu)，而這

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 趙小亮;王智民;馬小軍;荊文光;劉安;;荷葉化學(xué)成分研究[J];中國中藥雜志;2013年05期

2 陳海光,余以剛,曾慶孝;荷葉黃酮及生物堿的提取研究[J];食品科學(xué);2002年01期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 宛偉;用生物質(zhì)制備氮、磷、鐵共摻雜納米多孔碳[D];安徽大學(xué);2017年

本文編號：2754636