本文關(guān)鍵詞：鉑基合金嵌入石墨烯納米孔的原位合成及電催化性能研究

  更多相關(guān)文章： 燃料電池 氧還原反應(yīng) 原位合成 納米孔石墨烯 鉑合金

【摘要】：燃料電池具有能量轉(zhuǎn)換效率高、可大規(guī)模運(yùn)用和零排放等優(yōu)點(diǎn),在燃料電池車和便攜式移動(dòng)電源領(lǐng)域具有廣闊前景。然而,燃料電池陰極氧還原反應(yīng)催化劑存在的價(jià)格昂貴、循環(huán)穩(wěn)定性差等問(wèn)題限制著燃料電池的商業(yè)化應(yīng)用。本文針對(duì)以上問(wèn)題,從提高鉑的利用率和增強(qiáng)載體與粒子之間相互作用的角度出發(fā),用簡(jiǎn)單實(shí)用的方法原位合成了鉑合金嵌入氮摻雜石墨烯納米孔結(jié)構(gòu)的石墨烯復(fù)合催化劑并系統(tǒng)研究了石墨烯孔的引入對(duì)氧還原反應(yīng)的影響。主要研究?jī)?nèi)容如下:(1)首次引入酞菁鉑為鉑前驅(qū)體,利用氮?dú)獗簾姆椒ㄔ缓铣沙隽算K鈷納米粒子嵌入氮摻雜石墨烯納米孔結(jié)構(gòu)的催化劑。通過(guò)調(diào)控反應(yīng)的溫度,推測(cè)了石墨烯納米孔的形成機(jī)制。結(jié)果表明:高溫焙燒時(shí),酞菁鉑的分解產(chǎn)生的氣體會(huì)氧化酞菁鉑附近石墨烯表面的碳原子,從而產(chǎn)生石墨烯納米孔。在堿性電解質(zhì)條件下,該催化劑體現(xiàn)了11.5倍高于商業(yè)Pt/C的質(zhì)量活性,而且經(jīng)過(guò)2000次循環(huán)之后,催化劑的能量損失只有5%,遠(yuǎn)低于Pt/C催化劑的能量損失。(2)在以上工作的基礎(chǔ)上,為了進(jìn)一步提高鉑的利用率,以氯化鐵為鐵源,經(jīng)過(guò)焙燒和稀酸處理,成功制備出了多孔鉑鐵納米粒子嵌入氮摻雜石墨烯納米孔結(jié)構(gòu)的催化劑。研究表明,由于石墨烯孔和納米粒子孔的引入,這種特殊“雙孔”結(jié)構(gòu)的催化劑不僅充分暴露了反應(yīng)活性位,而且有利于增強(qiáng)反應(yīng)的傳質(zhì),進(jìn)而提高催化反應(yīng)性能。得益于此,該催化劑在氧還原反應(yīng)和析氫反應(yīng)中都體現(xiàn)了優(yōu)于商業(yè)Pt/C的電催化性能。(3)通過(guò)焙燒法制備得到了氮摻雜碳包覆鈷的氮磷復(fù)合納米粒子。物理表征顯示磷化鈷及氮化鈷共同存在于單個(gè)納米顆粒內(nèi)。這種特殊結(jié)構(gòu)的納米顆粒被均勻地分布在氮摻雜石墨烯基底上。電化學(xué)測(cè)試表明該催化劑可同時(shí)高效地催化氧還原反應(yīng)和析氧反應(yīng),并表現(xiàn)出優(yōu)異的起始電位,較大的電流密度及出色的穩(wěn)定性。據(jù)統(tǒng)計(jì)該催化劑是現(xiàn)有雙功能催化劑中效率最高的催化劑之一,這得益于氮磷復(fù)合納米粒子與富氮結(jié)構(gòu)之間的協(xié)同作用。
【關(guān)鍵詞】：燃料電池 氧還原反應(yīng) 原位合成 納米孔石墨烯 鉑合金
【學(xué)位授予單位】：浙江工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O643.36;TM911.4
【目錄】：

• 摘要6-7
• ABSTRACT7-13
• 第一章 緒論13-37
• 1.1 燃料電池研究背景與意義13
• 1.2 燃料電池簡(jiǎn)介13-18
• 1.2.1 燃料電池發(fā)展簡(jiǎn)史13-14
• 1.2.2 燃料電池的結(jié)構(gòu)、基本原理14-15
• 1.2.3 燃料電池分類與特點(diǎn)15-18
• 1.3 堿性燃料電池陰極催化劑簡(jiǎn)介18-31
• 1.3.1 鉑基催化劑19-26
• 1.3.2 非貴金屬催化劑26-31
• 1.4 納米孔石墨烯基復(fù)合催化劑31-34
• 1.5 選題依據(jù)與研究?jī)?nèi)容34-37
• 第二章 實(shí)驗(yàn)方法37-43
• 2.1 實(shí)驗(yàn)試劑與儀器37-38
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)試劑37-38
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器38
• 2.2 催化劑表征38-40
• 2.2.1 X射線粉末衍射38-39
• 2.2.2 透射電子顯微鏡39
• 2.2.3 掃描電子顯微鏡39
• 2.2.4 熱重分析39
• 2.2.5 X射線光電子能譜39-40
• 2.2.6 比表面積和孔徑分布40
• 2.3 電化學(xué)性能測(cè)試40-43
• 2.3.1 氧還原反應(yīng)性能測(cè)試40-41
• 2.3.2 析氧反應(yīng)性能測(cè)試41-42
• 2.3.3 析氫反應(yīng)性能測(cè)試42-43
• 第三章 鉑鈷合金嵌入石墨烯納米孔的原位合成及電催化性能研究43-59
• 3.1 引言43-44
• 3.2 鉑鈷合金嵌入石墨烯納米孔催化劑的制備44-45
• 3.3 結(jié)構(gòu)表征結(jié)果與討論45-51
• 3.3.1 掃描電鏡45
• 3.3.2 透射電鏡45-47
• 3.3.3 X射線粉末衍射47-48
• 3.3.4 X射線光電子能譜48-50
• 3.3.5 比表面積和孔徑分布50-51
• 3.4 氧還原反應(yīng)測(cè)試結(jié)果與討論51-57
• 3.4.1 循環(huán)伏安測(cè)試和線性伏安測(cè)試51-54
• 3.4.2 轉(zhuǎn)移電子數(shù)和質(zhì)量活性54
• 3.4.3 塔菲爾曲線和阻抗測(cè)試54-55
• 3.4.4 穩(wěn)定性測(cè)試55-57
• 3.4.5 密度泛函理論計(jì)算57
• 3.5 本章小結(jié)57-59
• 第四章 多孔鉑鐵合金嵌入石墨烯納米孔的原位合成及電催化性能研究59-73
• 4.1 引言59-60
• 4.2 多孔鉑鐵合金嵌入石墨烯納米孔催化劑的制備60-61
• 4.3 結(jié)構(gòu)表征結(jié)果與討論61-64
• 4.3.1 透鏡電鏡61
• 4.3.2 X射線粉末衍射61-63
• 4.3.3 X射線光電子能譜63-64
• 4.4 氧還原反應(yīng)測(cè)試結(jié)果與討論64-69
• 4.4.1 循環(huán)伏安測(cè)試和線性伏安測(cè)試64-66
• 4.4.2 轉(zhuǎn)移電子數(shù)和質(zhì)量活性66-67
• 4.4.3 塔菲爾曲線67-68
• 4.4.4 穩(wěn)定性測(cè)試68-69
• 4.5 析氫反應(yīng)測(cè)試結(jié)果與討論69-71
• 4.5.1 線性伏安測(cè)試和塔菲爾曲線69-70
• 4.5.2 循環(huán)伏安測(cè)試70
• 4.5.3 穩(wěn)定性測(cè)試70-71
• 4.6 本章小結(jié)71-73
• 第五章 氮磷化鈷復(fù)合粒子嵌入氮摻雜碳層催化劑的合成及電催化性能研究73-91
• 5.1 引言73-74
• 5.2 磷化鈷氮化鈷復(fù)合粒子嵌入氮摻雜碳層催化劑的制備74-75
• 5.3 結(jié)構(gòu)表征結(jié)果與討論75-81
• 5.3.1 透鏡電鏡和掃描電鏡75-77
• 5.3.2 X射線粉末衍射77-78
• 5.3.3 X射線光電子能譜78-80
• 5.3.4 熱重分析80-81
• 5.4 氧還原反應(yīng)測(cè)試結(jié)果與討論81-86
• 5.4.1 循環(huán)伏安測(cè)試81-82
• 5.4.2 線性伏安曲線82-84
• 5.4.3 轉(zhuǎn)移電子數(shù)和質(zhì)量活性84
• 5.4.4 塔菲爾曲線84-85
• 5.4.5 穩(wěn)定性測(cè)試85-86
• 5.5 析氧反應(yīng)性能及討論86-90
• 5.5.1 線性伏安測(cè)試86-87
• 5.5.2 塔菲爾曲線和電化學(xué)阻抗87-89
• 5.5.3 穩(wěn)定性測(cè)試89-90
• 5.6 本章小結(jié)90-91
• 第六章 結(jié)論與展望91-93
• 6.1 結(jié)論91-92
• 6.2 本文主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)92
• 6.3 展望92-93
• 參考文獻(xiàn)93-105
• 攻讀碩士期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文105-106
• 致謝106

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 ;科學(xué)家首次用納米管制造出石墨烯帶[J];電子元件與材料;2009年06期

2 ;石墨烯研究取得系列進(jìn)展[J];高科技與產(chǎn)業(yè)化;2009年06期

3 ;新材料石墨烯[J];材料工程;2009年08期

4 ;日本開發(fā)出在藍(lán)寶石底板上制備石墨烯的技術(shù)[J];硅酸鹽通報(bào);2009年04期

5 馬圣乾;裴立振;康英杰;;石墨烯研究進(jìn)展[J];現(xiàn)代物理知識(shí);2009年04期

6 傅強(qiáng);包信和;;石墨烯的化學(xué)研究進(jìn)展[J];科學(xué)通報(bào);2009年18期

7 ;納米中心石墨烯相變研究取得新進(jìn)展[J];電子元件與材料;2009年10期

8 徐秀娟;秦金貴;李振;;石墨烯研究進(jìn)展[J];化學(xué)進(jìn)展;2009年12期

9 張偉娜;何偉;張新荔;;石墨烯的制備方法及其應(yīng)用特性[J];化工新型材料;2010年S1期

10 萬(wàn)勇;馬廷燦;馮瑞華;黃健;潘懿;;石墨烯國(guó)際發(fā)展態(tài)勢(shì)分析[J];科學(xué)觀察;2010年03期

中國(guó)重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 成會(huì)明;;石墨烯的制備與應(yīng)用探索[A];中國(guó)力學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)大會(huì)'2009論文摘要集[C];2009年

2 錢文;郝瑞;侯仰龍;;液相剝離制備高質(zhì)量石墨烯及其功能化[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第27屆學(xué)術(shù)年會(huì)第04分會(huì)場(chǎng)摘要集[C];2010年

3 張甲;胡平安;王振龍;李樂(lè);;石墨烯制備技術(shù)與應(yīng)用研究的最新進(jìn)展[A];第七屆中國(guó)功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（第3分冊(cè)）[C];2010年

4 趙東林;白利忠;謝衛(wèi)剛;沈曾民;;石墨烯的制備及其微波吸收性能研究[A];第七屆中國(guó)功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（第7分冊(cè)）[C];2010年

5 沈志剛;李金芝;易敏;;射流空化方法制備石墨烯研究[A];顆粒學(xué)最新進(jìn)展研討會(huì)——暨第十屆全國(guó)顆粒制備與處理研討會(huì)論文集[C];2011年

6 王冕;錢林茂;;石墨烯的微觀摩擦行為研究[A];2011年全國(guó)青年摩擦學(xué)與表面工程學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2011年

7 趙福剛;李維實(shí);;樹枝狀結(jié)構(gòu)功能化石墨烯[A];2011年全國(guó)高分子學(xué)術(shù)論文報(bào)告會(huì)論文摘要集[C];2011年

8 吳孝松;;碳化硅表面的外延石墨烯[A];2011中國(guó)材料研討會(huì)論文摘要集[C];2011年

9 周震;;后石墨烯和無(wú)機(jī)石墨烯材料:計(jì)算與實(shí)驗(yàn)的結(jié)合[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第28屆學(xué)術(shù)年會(huì)第4分會(huì)場(chǎng)摘要集[C];2012年

10 周琳;周璐珊;李波;吳迪;彭海琳;劉忠范;;石墨烯光化學(xué)修飾及尺寸效應(yīng)研究[A];2011中國(guó)材料研討會(huì)論文摘要集[C];2011年

中國(guó)重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 姚耀;石墨烯研究取得系列進(jìn)展[N];中國(guó)化工報(bào);2009年

2 劉霞;韓用石墨烯制造出柔性透明觸摸屏[N];科技日?qǐng)?bào);2010年

3 記者 王艷紅;“解密”石墨烯到底有多奇妙[N];新華每日電訊;2010年

4 本報(bào)記者 李好宇 張們捷(實(shí)習(xí)) 特約記者 李季;石墨烯未來(lái)應(yīng)用的十大猜想[N];電腦報(bào);2010年

5 證券時(shí)報(bào)記者 向南;石墨烯貴過(guò)黃金15倍 生產(chǎn)不易炒作先行[N];證券時(shí)報(bào);2010年

6 本報(bào)特約撰稿 吳康迪;石墨烯 何以結(jié)緣諾貝爾獎(jiǎng)[N];計(jì)算機(jī)世界;2010年

7 記者 謝榮　通訊員 夏永祥 陳海泉 張光杰;石墨烯在泰實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化[N];泰州日?qǐng)?bào);2010年

8 本報(bào)記者 紀(jì)愛玲;石墨烯：市場(chǎng)未啟 炒作先行[N];中國(guó)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)導(dǎo)報(bào);2011年

9 周科競(jìng);再說(shuō)石墨烯的是與非[N];北京商報(bào);2011年

10 王小龍;新型石墨烯材料薄如紙硬如鋼[N];科技日?qǐng)?bào);2011年

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 呂敏;雙層石墨烯的電和磁響應(yīng)[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2011年

2 羅大超;化學(xué)修飾石墨烯的分離與評(píng)價(jià)[D];北京化工大學(xué);2011年

3 唐秀之;氧化石墨烯表面功能化修飾[D];北京化工大學(xué);2012年

4 王崇;石墨烯中缺陷修復(fù)機(jī)理的理論研究[D];吉林大學(xué);2013年

5 盛凱旋;石墨烯組裝體的制備及其電化學(xué)應(yīng)用研究[D];清華大學(xué);2013年

6 姜麗麗;石墨烯及其復(fù)合薄膜在電極材料中的研究[D];西南交通大學(xué);2015年

7 姚成立;多級(jí)結(jié)構(gòu)石墨烯/無(wú)機(jī)非金屬?gòu)?fù)合材料的仿生合成及機(jī)理研究[D];安徽大學(xué);2015年

8 伊丁;石墨烯吸附與自旋極化的第一性原理研究[D];山東大學(xué);2015年

9 梁巍;基于石墨烯的氧還原電催化劑的理論計(jì)算研究[D];武漢大學(xué);2014年

10 王義;石墨烯的模板導(dǎo)向制備及在電化學(xué)儲(chǔ)能和腫瘤靶向診療方面的應(yīng)用[D];復(fù)旦大學(xué);2014年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 詹曉偉;碳化硅外延石墨烯以及分子動(dòng)力學(xué)模擬研究[D];西安電子科技大學(xué);2011年

2 王晨;石墨烯的微觀結(jié)構(gòu)及其對(duì)電化學(xué)性能的影響[D];北京化工大學(xué);2011年

3 苗偉;石墨烯制備及其缺陷研究[D];西北大學(xué);2011年

4 蔡宇凱;一種新型結(jié)構(gòu)的石墨烯納米器件的研究[D];南京郵電大學(xué);2012年

5 金麗玲;功能化石墨烯的酶學(xué)效應(yīng)研究[D];蘇州大學(xué);2012年

6 黃凌燕;石墨烯拉伸性能與尺度效應(yīng)的研究[D];華南理工大學(xué);2012年

7 劉汝盟;石墨烯熱振動(dòng)分析[D];南京航空航天大學(xué);2012年

8 雷軍;碳化硅上石墨烯的制備與表征[D];西安電子科技大學(xué);2012年

9 于金海;石墨烯的非共價(jià)功能化修飾及載藥系統(tǒng)研究[D];青島科技大學(xué);2012年

10 李晶;高分散性石墨烯的制備[D];上海交通大學(xué);2013年

，

本文編號(hào)：571402