本文關(guān)鍵詞：基于MOF化合物可控制備氧氣還原電催化材料及其性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：燃料電池因工作環(huán)境友好、理論壽命長(zhǎng)、效率高等優(yōu)點(diǎn),作為一種氫能有效應(yīng)用方式而被廣泛關(guān)注。然而,燃料電池的陰極氧氣還原反應(yīng)效率低且反應(yīng)慢,須使用高活性和高選擇性催化劑以加快反應(yīng)進(jìn)程。Pt基催化劑是目前性能最好的陰極催化劑,但因Pt金屬地殼儲(chǔ)量稀少而且價(jià)格昂貴,燃料電池推廣受到了極大的阻礙。開發(fā)高性能、低成本氧氣還原陰極電催化材料是推動(dòng)燃料電池及其技術(shù)發(fā)展亟待解決的關(guān)鍵問題。金屬有機(jī)骨架材料(Metal-organic frameworks, MOF)是一種由過渡金屬原子團(tuán)簇與含多齒羧酸有機(jī)配體(以含羧基有機(jī)陰離子配體為主)之間共價(jià)鍵或者離子-共價(jià)鍵配位作用自組裝而形成的多孔材料。MOF不僅具有傳統(tǒng)沸石類材料的優(yōu)良孔結(jié)構(gòu)和高比表面積,而且擁有多樣性結(jié)構(gòu)以及多種不飽和金屬活性位點(diǎn)等特點(diǎn),是一類潛在應(yīng)用廣泛的結(jié)構(gòu)模板材料。本論文以不同氮源制備的含鈷MOF為模板,經(jīng)過熱處理刻蝕處理合成制備了Co/N-CNT及Co-N-C兩種高分散非貴金屬陰極氧氣還原電催化材料。探究不同氮源、熱處理溫度及表面活性劑添加量等對(duì)于電催化材料結(jié)構(gòu)、形貌和性能的影響。采用多種分析測(cè)試手段對(duì)樣品晶體結(jié)構(gòu)、形貌、孔結(jié)構(gòu)等進(jìn)行詳細(xì)表征,并測(cè)試其在堿性電解質(zhì)中氧氣還原電催化性能。主要研究結(jié)果如下：(1)以三聚氰胺為氮源,通過溶劑熱法制備含鉆MOF前驅(qū)體(Co-MOF),對(duì)其在不同溫度下進(jìn)行熱處理刻蝕處理得到氮摻雜碳納米管負(fù)載鈷基電催化材料(Co/N-CNT)。在800℃熱處理?xiàng)l件下制備得到了Co/N-CNT-800碳納米管電催化劑,其尺寸均勻、比表面積大,平均長(zhǎng)度約為500 nm,直徑約為40 nm,比表面積高達(dá)138.87 m2·g-1,含氮量為3.43%。該樣品的氧氣還原電催化性能最好,起始電位為0.89 V vs. RHE;1600 rpm轉(zhuǎn)速下半波電位為0.81 V vs. RHE,極限電流密度為-3.84mA-cm-2;經(jīng)24000 s測(cè)試后,穩(wěn)定性比20% Pt/C高25.66%。(2)以六次甲基四胺為氮源,通過溶劑熱法制備了含鈷MOF前驅(qū)體(Co-MOF),并以十二烷基磺酸鈉(SDS)為氮流失抑制劑,通過800℃熱處理刻蝕處理得到氮摻雜鈷基多孔碳材料(Co-N-C)�？疾毂砻婊钚詣┨砑恿繉�(duì)Co-N-C形貌與電催化性能的影響。研究結(jié)果表明,隨著添加量的不同,所得產(chǎn)物的比表面積有明顯差異,而且產(chǎn)物中氮含量也有較大區(qū)別,說(shuō)明表面活性劑對(duì)氮的流失有抑制作用。表面活性劑添加量為2倍制備得到的Co-N-C-3樣品形貌最規(guī)整,比表面積高達(dá)128.14 m2·g-1且其含氮量為4.92%。同時(shí),該樣品具有最佳氧氣還原電催化性能：起始電位可達(dá)0.84 V vs. RHE,1600 rpm轉(zhuǎn)速下極限電流密度為-4.37 mA·cm-2,其反應(yīng)以四電子途徑為主。
【關(guān)鍵詞】：堿性燃料電池 氧氣還原反應(yīng) 金屬有機(jī)骨架材料 氮摻雜 非貴金屬催化劑
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：O643.36;TM911.4
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 第一章 緒論12-24
• 1.1 引言12
• 1.2 質(zhì)子交換膜燃料電池概述12-15
• 1.2.1 簡(jiǎn)介12
• 1.2.2 工作原理12-13
• 1.2.3 特征13-15
• 1.3 質(zhì)子交換膜燃料電池陰極催化材料15-18
• 1.3.1 Pt基陰極電催化材料15-16
• 1.3.2 過渡金屬硫族化合物陰極電催化材料16
• 1.3.3 氮修飾碳基陰極電催化材料16-18
• 1.4 金屬有機(jī)骨架材料概述18-22
• 1.4.1 簡(jiǎn)介18-19
• 1.4.2 合成方法19-20
• 1.4.3 MOF陰極電催化應(yīng)用20-22
• 1.5 選題的研究意義和研究?jī)?nèi)容22-24
• 1.5.1 選題的研究意義22
• 1.5.2 選題的研究?jī)?nèi)容22-24
• 第二章 實(shí)驗(yàn)部分24-28
• 2.1 實(shí)驗(yàn)原料24-25
• 2.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容25-26
• 2.2.1 Co/N-CNT電催化劑材料的制備25
• 2.2.2 Co-N-C電催化材料的制備25-26
• 2.3 樣品表征與分析26-27
• 2.4 電催化性能評(píng)價(jià)27-28
• 第三章 Co/N-CNT ORR電催化材料的制備及性能研究28-47
• 3.1 前言28-29
• 3.2 晶體結(jié)構(gòu)分析29-33
• 3.3 N元素分析33-36
• 3.4 形貌分析36-38
• 3.5 孔結(jié)構(gòu)分析38-39
• 3.6 電化學(xué)性能分析39-46
• 3.7 本章小結(jié)46-47
• 第四章 表面活性劑輔助制備Co-N-C ORR電催化材料及性能研究47-66
• 4.1 前言47-48
• 4.2 晶體結(jié)構(gòu)分析48-52
• 4.3 N、S元素分析52-56
• 4.4 形貌分析56-58
• 4.5 孔結(jié)構(gòu)分析58-59
• 4.6 電化學(xué)性能分析59-65
• 4.7 本章小結(jié)65-66
• 第五章 結(jié)論66-67
• 論文的創(chuàng)新點(diǎn)67-68
• 參考文獻(xiàn)68-74
• 發(fā)表論文及專利申請(qǐng)情況74-76
• 致謝76-78
• 論文作者及導(dǎo)師簡(jiǎn)介78-79
• 附件79-80

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前5條

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2 丁彩鳳,朱海濤,王海亭;表面活性劑在有序介孔材料合成中的應(yīng)用[J];山東陶瓷;2003年03期

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4 張燕,王正;質(zhì)子交換膜燃料電池[J];可再生能源;2005年04期

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  本文關(guān)鍵詞：基于MOF化合物可控制備氧氣還原電催化材料及其性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號(hào)：342448