隨著全球人口迅速增長(zhǎng)以及科技日益進(jìn)步,傳統(tǒng)能源在全球范圍內(nèi)正面臨著嚴(yán)重短缺的境況。因此,發(fā)展清潔可再生能源是目前解決能源問(wèn)題的有效途徑。燃料電池和氫能開(kāi)發(fā)作為21世紀(jì)最理想的兩種新能源技術(shù),其發(fā)展的前景十分光明。在眾多的燃料中,乙醇作為一種可由農(nóng)副產(chǎn)品通過(guò)發(fā)酵提煉而成,其安全性好、可逆能量效率高,一度被看作是燃料電池的理想原料。但其電化學(xué)氧化反應(yīng)過(guò)程的中間產(chǎn)物多,功率密度低,再加上其電極催化材料價(jià)格昂貴、利用率低,限制了該技術(shù)的推廣。氫能是一種可再生的綠色能源,堿性電解水制氫效率最高,其副產(chǎn)物少,環(huán)保無(wú)污染深受廣泛的認(rèn)可。但該技術(shù)面臨著一個(gè)嚴(yán)重的技術(shù)難點(diǎn):難以有效的降低電解水在陽(yáng)極的析氧過(guò)電位,為解決上述的技術(shù)難題,研究一系列能降低電解水和燃料電池陽(yáng)極析氧過(guò)電位的催化劑成為了電化學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。本文以新型微孔碳材料為主體,分別對(duì)碳材料進(jìn)行定量負(fù)載貴金屬Pd,對(duì)主體碳材料進(jìn)行表面摻磷改性,以及對(duì)主體碳材料進(jìn)行表面修飾NiCo_2O_4,從而研究改良后的催化材料在電解水或直接乙醇燃料電池中的陽(yáng)極析氧性能。主要研究?jī)?nèi)容如下:(1)利用常壓回流合成法和控溫退火操作合成了具有氮、硫摻雜的微孔材料Ni-NSC。通過(guò)NaBH4還原法定量負(fù)載貴金屬Pd,形成Pd/Ni-NSC復(fù)合材料。在乙醇電催化氧化的測(cè)試中,我們發(fā)現(xiàn)該材料與商業(yè)Pd/C相比,展示出較低的起峰電位以及較高的峰電流密度。在-0.3 V電壓下工作30 min后,其剩余電流密度比商業(yè)Pd/C的數(shù)值高,表明Pd/Ni-NSC材料是一種具有高催化活性、強(qiáng)穩(wěn)定性的乙醇燃料催化材料。(2)利用水熱合成法,合成出具有Mn、Co元素的圓球狀類沸石結(jié)構(gòu)的材料ZIF-Mn-Co,通過(guò)控溫退火操作合成出微孔材料Mn-Co-NC。然后利用次亞磷酸鈉控溫還原的方法制備了 Mn-Co-NC@P。發(fā)現(xiàn)當(dāng)摻磷時(shí)間為6 h的時(shí)候,該材料的陽(yáng)極析氧電催化活性為最佳,并且擁有較低的初始起峰電位以及較高的峰電流密度數(shù)值。在0.7 V的電位下工作8 h后,Mn-Co-NC@P的剩余電流密度比商業(yè)Pt/C的高。Mn-Co-NC@P的良好電催化性能歸因于Mn-Co-NC摻入的磷原子,而磷是一種電負(fù)性較強(qiáng)的非金屬,能有效地吸引Mn~(4+)和Co~(4+)離子的生成,從而增加了該材料的活性中心位點(diǎn),提高了催化活性以及穩(wěn)定性。(3)利用水熱法合成十二面體結(jié)構(gòu)的ZIF-67,通過(guò)控溫退火操作對(duì)ZIF-67進(jìn)行碳化處理,然后再利用水熱法,在其碳材料上修飾NiCo_2O_4,形成NiCo_2O_4/NC。在陽(yáng)極吸氧性能測(cè)試中,我們發(fā)現(xiàn)了 NiCo_2O_4/NC的催化活性較商業(yè)Pt/C高,并且其擁有較低的起峰電位和較高的峰值電流密度。此研究有效地降低陽(yáng)極析氧電催化對(duì)貴金屬催化劑Pt/C的使用,而且NiCo_2O_4/NC具有制備簡(jiǎn)單方便、成本低廉,在堿性電解水領(lǐng)域具有較好的應(yīng)用前景。
【學(xué)位單位】：廣州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TQ127.11;TM911.4
【部分圖文】：

電解水制氫示意圖

氫氧燃料電池工作原理圖

圖 1-3乙醇在貴金屬電極上電催化氧化機(jī)理ure1-3Themechanism forelectrocatalyticoxidationofethanolonental
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2838001