能源轉(zhuǎn)化過程(如氧還原及氧析出)中應(yīng)用的催化劑對轉(zhuǎn)化效率的高低以及相關(guān)應(yīng)用的推廣具有決定性的作用。以氧還原為代表,現(xiàn)有的商用催化劑(Pt)成本高、易中毒、不穩(wěn)定,限制了燃料電池的大規(guī)模推廣,因此開發(fā)低成本、穩(wěn)定、高效的催化劑一直是領(lǐng)域內(nèi)的重點問題。良好的催化劑需要有效的活性位點、良好的傳質(zhì)途徑以及高效的電子傳導(dǎo)。生物質(zhì)材料天然含有多種具備催化活性的金屬和雜原子,是優(yōu)良的炭基催化劑前驅(qū)體。本課題選擇了兩種代表性的生物質(zhì):微晶纖維素以及廢棄蘑菇菌棒作為主要前驅(qū)體,充分利用其天然的結(jié)構(gòu)組成優(yōu)勢,以退火熱解為主要制備方法,成功的設(shè)計、制備、優(yōu)化了兩種生物質(zhì)衍生摻雜類炭材料,并對它們的電催化性能(ORR、OER)進(jìn)行了系統(tǒng)性研究。同時,利用多種表征手段,成功的對復(fù)雜生物質(zhì)基體的催化活性位點進(jìn)行了分析。微晶纖維素和廢棄菌棒衍生的炭材料表現(xiàn)出了優(yōu)良的電催化性能。具體來講:1)基于微晶纖維素、吡咯和FeC13的Fe-N-C催化劑(NCPY)在堿性條件下起始電位達(dá)0.84 V,最高電流密度4 mAcm-2,起始電位超過了兩電子ORR的商用炭黑材料,接近同條件下四電子ORR的商用Pt/C材料。此外,NCP...

【文章頁數(shù)】：89 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
學(xué)位論文數(shù)據(jù)集
摘要
ABSTRACT
符號說明
第一章 緒論
    1.1 電催化能源轉(zhuǎn)化過程簡介
        1.1.1 氧還原反應(yīng)
        1.1.2 氧析出反應(yīng)
        1.1.3 能源轉(zhuǎn)化反應(yīng)的應(yīng)用
    1.2 炭基氧還原催化劑研究進(jìn)展
        1.2.1 基于不同活性中心的ORR催化劑
        1.2.2 基于不同結(jié)構(gòu)的ORR催化劑
        1.2.3 生物質(zhì)衍生炭基催化劑
    1.3 本課題研究問題及目的
第二章 實驗與表征分析方法
    2.1 生物質(zhì)基炭材料的制備
        2.1.1 制備方法
        2.1.2 主要實驗儀器與試劑
    2.2 生物質(zhì)基炭材料的表征方法
        2.2.1 SEM/EDS
        2.2.2 XPS
        2.2.3 ICP-MS,ICP-OES
        2.2.4 比表面積測試分析
        2.2.5 FT-IR
        2.2.6 TG/DTG
        2.2.7 有機(jī)元素分析
    2.3 電催化性能的表征及分析方法
        2.3.1 電化學(xué)表征的實驗過程
        2.3.2 電化學(xué)表征結(jié)果的分析
第三章 微晶纖維素基炭材料的制備和電催化性能研究
    3.1 引言
    3.2 實驗部分
        3.2.1 實驗原料
        3.2.2 微晶纖維素基炭材料的制備
        3.2.3 微晶纖維素基炭材料的表征
    3.3 微晶纖維素基炭材料的表征結(jié)果
    3.4 微晶纖維素基炭材料在電催化過程中的應(yīng)用
    3.5 本章小結(jié)
第四章 廢棄生物質(zhì)基炭材料的制備和氧還原性能研究
    4.1 引言
    4.2 實驗部分
        4.2.1 實驗原料與儀器
        4.2.2 蘑菇菌棒基炭材料的制備
        4.2.3 蘑菇菌棒基炭材料的表征
    4.3 表征結(jié)果
    4.4 菌棒基炭材料在氧還原中的應(yīng)用
        4.4.1 廢棄菌棒基炭材料的氧還原性能
        4.4.2 炭化終溫對氧還原性能的影響
        4.4.3 不同前處理對氧還原性能的影響
        4.4.4 氧還原過程及機(jī)理分析
    4.5 本章小結(jié)
第五章 結(jié)論與建議
    5.1 結(jié)論
    5.2 展望與建議
參考文獻(xiàn)
附錄
致謝
研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文
作者和導(dǎo)師簡介
附錄



本文編號：3871498