燃料電池具有清潔高效的優(yōu)點(diǎn),在電動(dòng)汽車、特種電源以及固定電站等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。然而,燃料電池陰極氧還原反應(yīng)尚采用稀有且昂貴的鉑基納米材料,材料成本高,限制了燃料電池技術(shù)的大規(guī)模推廣應(yīng)用。因此,開發(fā)廉價(jià)且高性能的非貴金屬氧還原催化劑對(duì)于降低燃料電池成本具有重要意義。近年來(lái),雜原子摻雜炭材料由于其較高的氧還原催化活性、電化學(xué)穩(wěn)定性和抗甲醇中毒能力,逐漸成為學(xué)術(shù)界的研究熱點(diǎn)。生物質(zhì)牛骨具有納米尺度排列的有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合結(jié)構(gòu),其含碳量高,且富含氮、磷等雜原子,是制備雜原子摻雜炭材料的理想前驅(qū)體。本文以牛骨為前驅(qū)體碳化、活化制備了分級(jí)多孔炭材料,通過進(jìn)一步摻雜鐵、磷等元素,制備了鐵-磷、鐵-磷-氮共摻雜分級(jí)多孔炭系列催化劑,研究了雜原子摻雜種類和含量對(duì)氧還原催化性能的影響機(jī)制,主要?jiǎng)?chuàng)新成果如下:首先,以牦牛骨為前驅(qū)體制備的分級(jí)多孔炭為載體,以氯化鐵、植酸為鐵、磷前驅(qū)體,經(jīng)碳化制備得到鐵-磷共摻雜分級(jí)多孔炭催化劑。研究表明,該催化劑具有三維立體的微孔-介孔-大孔的分級(jí)多孔結(jié)構(gòu),比表面積高達(dá)1446.0 m2/g,可促進(jìn)活性位點(diǎn)的利用,提高催化活性;催化劑表面摻雜的鐵、磷含量為0.42 at....

【文章頁(yè)數(shù)】：98 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 前言
    1.2 氧還原反應(yīng)機(jī)理
    1.3 氧還原反應(yīng)催化劑研究進(jìn)展
        1.3.1 貴金屬氧還原催化劑研究進(jìn)展
        1.3.2 非貴金屬氧還原催化劑研究進(jìn)展
    1.4 分級(jí)多孔炭載體研究進(jìn)展
    1.5 本課題選題思路和研究?jī)?nèi)容
        1.5.1 選題意義和研究目的
        1.5.2 研究?jī)?nèi)容
        1.5.3 創(chuàng)新點(diǎn)
第二章 實(shí)驗(yàn)部分
    2.1 實(shí)驗(yàn)藥品及儀器
    2.2 實(shí)驗(yàn)方法
        2.2.1 分級(jí)多孔炭制備
        2.2.2 鐵-磷共摻雜分級(jí)多孔炭催化劑制備
        2.2.3 鐵-磷-氮共摻雜分級(jí)多孔炭催化劑制備
    2.3 物性表征分析
        2.3.1 X射線衍射分析
        2.3.2 拉曼光譜分析
        2.3.3 電子顯微鏡
        2.3.4 X射線光電子能譜分析
        2.3.5 氮?dú)馕摳綔y(cè)試
        2.3.6 穆斯堡爾譜分析
        2.3.7 X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)分析
    2.4 氧還原電催化性能測(cè)試
        2.4.1 氧還原催化活性
        2.4.2 電化學(xué)穩(wěn)定性
        2.4.3 抗甲醇毒化性能測(cè)試
第三章 鐵-磷共摻雜分級(jí)多孔炭的制備及其電催化性能研究
    3.1 引言
    3.2 催化劑制備
    3.3 分級(jí)多孔炭物性表征
        3.3.1 結(jié)構(gòu)表征
        3.3.2 微觀形貌
        3.3.3 比表面積與孔結(jié)構(gòu)
    3.4 鐵-磷共摻雜分級(jí)多孔炭制備條件優(yōu)化
        3.4.1 熱處理溫度
        3.4.2 磷含量
        3.4.3 鐵含量
    3.5 鐵-磷共摻雜分級(jí)多孔炭的物性表征
    3.6 堿性體系氧還原催化性能測(cè)試
        3.6.1 氧還原催化活性
        3.6.2 電化學(xué)穩(wěn)定性
        3.6.3 抗甲醇毒化性能
    3.7 酸性體系氧還原催化性能測(cè)試
    3.8 本章小結(jié)
第四章 鐵-磷-氮共摻雜分級(jí)多孔炭的制備及其電催化性能研究
    4.1 引言
    4.2 催化劑制備
    4.3 氮、磷含量對(duì)催化劑物相結(jié)構(gòu)和電催化性能的影響
        4.3.1 氮、磷含量配比調(diào)控
        4.3.2 物性結(jié)構(gòu)
        4.3.3 氧還原催化性能
    4.4 熱處理溫度對(duì)催化劑物性結(jié)構(gòu)和電催化性能的影響
    4.5 鐵-磷-氮共摻雜分級(jí)多孔炭催化劑氧還原催化性能
        4.5.1 堿性體系氧還原催化性能測(cè)試
        4.5.2 酸性體系氧還原催化性能測(cè)試
    4.6 鐵-磷-氮共摻雜分級(jí)多孔炭催化劑活性位點(diǎn)探究
    4.7 本章小結(jié)
第五章 全文總結(jié)
參考文獻(xiàn)
致謝
作者和導(dǎo)師簡(jiǎn)介
附件



本文編號(hào)：3862560