電化學氧還原反應(ORR)在能量存儲和轉化裝置中起著許多關鍵作用。燃料電池作為一種新型環(huán)保的能量轉換裝置,因其具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性和高能量密度而受到廣泛關注。而其中的質子交換膜燃料電池(PEMFCs)由于能量轉換效率高、操作溫度低和環(huán)境污染小等優(yōu)點,被認為是理想的清潔能源轉化裝置,非常適合作為綠色新能源汽車的動力能源。目前質子交換膜燃料電池使用的大多是鉑基貴金屬催化劑,這是由于鉑基催化劑表現出優(yōu)異的ORR性能。然而,由于Pt價格昂貴,自然界中存儲量很低使得Pt基催化劑的成本居高不下。另外,Pt基電催化劑在CO或甲醇存在情況下容易聚集和失活。且氧還原反應(ORR)的慢動力學限制了這些能源轉換裝置的發(fā)展,使得燃料電池催化劑成為質子交換膜燃料電池大規(guī)模商業(yè)化的重要阻礙。因此尋求一種替代Pt基催化劑的非貴金屬催化劑已迫在眉睫。眾所周知,在諸多的非貴金屬催化劑中,碳基催化劑因催化活性高,化學穩(wěn)定性好,比表面積高,低成本等優(yōu)點而受到廣泛關注。三維氮摻雜多孔碳材料由于其特殊形貌和優(yōu)異的三維結構廣泛應用于儲能材料,催化材料和吸附材料等領域。因此三維多孔碳材料作為燃料電池陰極催化劑用于氧還原反應而受到廣...

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【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    前言
    1.1 燃料電池簡介
    1.2 燃料電池的工作原理及其分類
    1.3 質子交換膜燃料電池
    1.4 陰極氧還原反應
    1.5 多孔碳材料及制備方法
        1.5.1 硬模板法
        1.5.2 軟模板法
        1.5.3 多模板法
    1.6 質子交換膜燃料電池催化劑研究進展
    1.7 論文選題背景、研究思路及研究內容
        1.7.1 論文選題背景
        1.7.2 研究思路
        1.7.3 研究內容
第二章 實驗材料和制備方法
    2.1 實驗試劑和實驗儀器
        2.1.1 實驗試劑
        2.1.2 實驗儀器
        2.1.3 實驗表征儀器
    2.2 實驗方案
    2.3 實驗方法
        2.3.1 改性聚苯胺前驅體的制備
        2.3.2 三維氮摻雜多孔網格交聯互通狀碳材料的制備
        2.3.3 電極的預處理
    2.4 表征方法
        2.4.1 透射電子顯微鏡(TEM)
        2.4.2 掃描電子顯微鏡(SEM)
        2.4.3 X射線光電子能譜(XPS)
        2.4.4 X射線粉末衍射儀(XRD)
        2.4.5 拉曼光譜(Raman)
        2.4.6 比表面吸附儀(BET)
        2.4.7 電化學性能測試
    2.5 工作電極的制備
第三章 Fe/N摩爾比對氮摻雜碳基催化劑電催化性能的影響
    3.1 引言
    3.2 氮摻雜碳基催化劑的制備
        3.2.1 改性聚苯胺前驅體的制備
        3.2.2 三維氮摻雜多孔網格交聯互通狀碳材料的制備
    3.3 結果和討論
        3.3.1 改性含鹵聚苯胺前驅體的紅外光譜表征
        3.3.2 多孔碳材料的Raman表征
        3.3.3 改性含鹵聚苯胺前驅體和多孔碳材料的TEM表征
        3.3.4 改性含鹵聚苯胺前驅體和多孔碳材料的SEM表征
        3.3.5 多孔碳材料的XRD表征
        3.3.6 Fe-N-C催化劑的電化學表征
    3.4 本章小結
第四章 熱處理溫度對氮摻雜碳基催化劑電催化性能的影響
    4.1 引言
    4.2 氮摻雜碳基催化劑的制備
        4.2.1 改性聚苯胺前驅體的制備
        4.2.2 三維多孔網格交聯互通狀氮摻雜碳材料的制備
    4.4 結果和討論
        4.4.1 不同熱處理溫度下Fe-N-C碳基催化劑的Raman表征
        4.4.2 不同熱處理溫度下Fe-N-C碳基催化劑的XRD表征
        4.4.3 不同熱處理溫度下Fe-N-C碳基催化劑的TEM表征
        4.4.4 不同熱處理溫度下Fe-N-C碳基催化劑的SEM表征
        4.4.5 比表面積測試
        4.4.6 不同熱處理溫度下多孔碳材料的XPS表征
        4.4.7 不同熱處理溫度下Fe-N-C碳基催化劑的電化學表征
    4.5 本章小結
第五章 結論與展望
    5.1 實驗結論
    5.2 本文創(chuàng)新點
    5.3 展望
致謝
參考文獻
附錄A 攻讀碩士學位期間取得的科研成果情況
附錄B 攻讀碩士學位期間參加的主要科研項目



本文編號：3755828