氧還原反應(yīng)是燃料電池、金屬-空氣電池等新型電化學(xué)能源器件的關(guān)鍵過程,其反應(yīng)速率與選擇性高度依賴電催化劑。目前常用的Pt金屬催化劑存在價(jià)格昂貴和儲(chǔ)量有限等缺點(diǎn),因此亟待開發(fā)低成本、高性能可替代Pt金屬的電催化劑。M-N/C（M=Fe,Co,Mn,N i）催化劑具有優(yōu)異的氧還原性能、穩(wěn)定性和耐甲醇性被認(rèn)為是最有可能替代Pt的非貴金屬催化劑之一。本文以富含N元素的甲殼素為前驅(qū)體,采取高溫?zé)崽幚砑讱に睾瓦^渡金屬源（Fe/Co/Mn/Ni）制備了Fe-N/C、Co-N/C、Mn-N/C和Ni-N/C催化劑。進(jìn)一步采用空氣等離子體處理Fe-N/C催化劑表面構(gòu)筑了含大量FeN₄位點(diǎn)的開放式結(jié)構(gòu)。深入研究了等離子體處理對(duì)Fe-N/C催化劑的形貌、結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成、催化活性以及活性位點(diǎn)的影響。具體研究內(nèi)容如下:（1）以甲殼素為前驅(qū)體,氯化鋅為造孔劑,分別選擇氯化鐵、氯化鈷、氯化錳和氯化鎳為過渡金屬源,在800°C下碳化成功制備了Fe-N/C、Co-N/C、Mn-N/C和Ni-N/C催化劑。研究表明,Fe-N位點(diǎn)催化活性可能遠(yuǎn)大于Co-N、Mn-N和Ni-N位點(diǎn),因此Fe-N/C催化性... 

【文章來源】：深圳大學(xué)廣東省

【文章頁數(shù)】：79 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 氧還原反應(yīng)的研究背景與意義
    1.2 氧還原反應(yīng)的催化機(jī)理
    1.3 碳基催化劑的研究現(xiàn)狀
        1.3.1 石墨烯基電催化劑
        1.3.2 碳納米管基電催化劑
        1.3.3 生物質(zhì)基電催化劑
    1.4 氧還原催化劑的表/界面修飾
        1.4.1 雜原子摻雜催化劑
        1.4.2 本征碳缺陷
        1.4.3 催化劑的比表面積
        1.4.4 石墨化對(duì)催化劑的影響
        1.4.5 功能化官能團(tuán)修飾催化劑
    1.5 等離子體的概述及原理
        1.5.1 等離子體概述
        1.5.2 等離子體的作用原理
        1.5.3 等離子體制備電催化劑
    1.6 本論文研究內(nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)
        1.6.1 本論文研究內(nèi)容
        1.6.2 創(chuàng)新點(diǎn)
第2章 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與研究方法
    2.1 實(shí)驗(yàn)部分
        2.1.1 實(shí)驗(yàn)試劑
        2.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器
        2.1.3 表征設(shè)備
    2.2 催化劑的結(jié)構(gòu)表征
        2.2.1 元素分析儀
        2.2.2 場發(fā)射掃描電子顯微鏡(FESEM)及電子能譜(EDS)
        2.2.3 透射電子顯微鏡(TEM)
        2.2.4 X射線衍射分析(XRD)
        2.2.5 拉曼光譜儀(Raman)
        2.2.6 比表面積及孔徑分析測試儀(BET)
        2.2.7 傅立葉變換紅外光譜(FT-IR)
        2.2.8 X射線光電子能譜(XPS)
        2.2.9 穆斯堡爾譜(Mo?ssbauer spectra)
    2.3 催化劑氧還原性能測試
        2.3.1 工作電極的打磨清洗
        2.3.2 工作電極的制備
        2.3.3 循環(huán)伏安測試(CV)
        2.3.4 旋轉(zhuǎn)圓盤電極(RDE)
        2.3.5 旋轉(zhuǎn)圓盤圓環(huán)電極(RRDE)
        2.3.6 催化劑穩(wěn)定性測試-恒電位法(I-t)
        2.3.7 甲醇耐受性測試
第3章 高溫?zé)峤夥ㄖ苽銶-N/C(M=Fe,Co,Mn,Ni)電催化劑及其氧還原性能研究
    3.1 引言
    3.2 M-N/C(M=Fe,Co,Mn,Ni)催化劑的制備
    3.3 催化劑的結(jié)構(gòu)表征
        3.3.1 預(yù)氧化過程對(duì)催化劑氮含量的影響
        3.3.2 M-N/C(M=Fe,Co,Mn,Ni)催化劑的結(jié)構(gòu)表征
        3.3.3 酸洗時(shí)間對(duì)Fe-N/C催化劑形貌結(jié)構(gòu)的影響
        3.3.4 結(jié)果與討論
    3.4 催化劑的ORR性能測試
        3.4.1 RDE測試過程中不同轉(zhuǎn)速組的選擇與討論
        3.4.2 M-N/C(M=Fe,Co,Mn,Ni)催化劑ORR性能測試與分析
        3.4.3 酸洗時(shí)間對(duì)Fe-N/C催化劑ORR性能的影響
        3.4.4 結(jié)果與討論
    3.5 本章小結(jié)
第4章 Fe-N/C電催化劑的等離子體制備及氧還原催化性能研究
    4.1 引言
    4.2 催化劑的制備
        4.2.1 N/C催化劑的制備
        4.2.2 Fe-N/C-t(t=30,60,120,240)催化劑的制備
    4.3 Fe-N/C-t催化劑的結(jié)構(gòu)表征
        4.3.1 等離子體處理對(duì)Fe-N/C形貌的影響
        4.3.2 等離子體處理對(duì)Fe-N/C結(jié)構(gòu)的影響
        4.3.3 等離子體處理對(duì)Fe-N/C組分的影響
        4.3.4 結(jié)果與討論
    4.4 Fe-N/C-t催化劑的ORR性能測試與分析
        4.4.1 堿性介質(zhì)下Fe-N/C-t催化劑ORR性能
        4.4.2 酸性介質(zhì)下Fe-N/C-t催化劑ORR性能
        4.4.3 結(jié)果與討論
    4.5 穆斯堡爾譜研究Fe-N/C-t活性位點(diǎn)及相應(yīng)機(jī)理的探討
        4.5.1 Fe-N/C-t催化劑的穆斯堡爾譜分析
        4.5.2 Fe-N/C-t催化劑活性位點(diǎn)的探討
        4.5.3 結(jié)果與討論
    4.6 本章小結(jié)
第5章 總結(jié)與展望
    5.1 總結(jié)
    5.2 展望
參考文獻(xiàn)
附錄
致謝
攻讀碩士學(xué)位期間的研究成果及相關(guān)經(jīng)歷


【參考文獻(xiàn)】：
博士論文
[1]質(zhì)子交換膜燃料電池陰極高性能碳基非貴金屬氧還原催化劑的制備與研究[D]. 游誠航.華南理工大學(xué) 2015



本文編號(hào)：3458161