發(fā)布時間：2017-09-11 11:34

  本文關鍵詞：熱解牛奶—氧化石墨制氧還原反應催化劑的研究

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【摘要】：燃料電池因一系列優(yōu)點是目前能源和環(huán)境領域的主要研究對象,但其陰極的氧還原反應(ORR)制約該電池的商業(yè)化應用。傳統(tǒng)采用的Pt/C催化劑雖催化活性強,但價格昂貴、資源稀缺、穩(wěn)定性差、耐甲醇性差等。為此,開發(fā)廉價易得的高效氧還原反應電催化劑成為目前的研究熱點。本文選擇廉價生物質牛奶作為氮源,氧化石墨作為碳源,通過“高溫熱解法”制備N/C系列催化劑,并考察N源含量、熱處理溫度和時間、金屬摻雜和兩步熱解對催化劑活性的影響。結果表明,一步熱解法得到的N/C催化劑具有ORR催化活性,在0.1 mol/L KOH溶液中,它的氧還原起始電位(Eonset)和峰電位(Ep)分別為Eonset=0.020 V,Ep=-0.115 V vs(Hg/HgO),氧還原反應電子轉移數(shù)為2.5。另外,金屬摻雜和兩步熱解都可以明顯改善N/C催化活性。為了明確金屬Co在催化劑中的作用,將添加Co Cl2·6H2O后得到的催化劑Co-N/C進行酸化處理,并標記為Co-N/C-A。電化學測試結果表明,Co-N/C-A催化劑在0.1 mol/L KOH溶液中的氧還原電位分別為Eonset=0.037 V,Ep=-0.082 V vs(Hg/HgO),ORR電子轉移數(shù)為3.8。和N/C相比,Co-N/C-A呈現(xiàn)出更強的催化活性,這可能與高含量的Pyridinic-N和Pyrrolic-N有關。此外,與N/C相比,兩步熱解得到的N/C′催化劑起始氧還原電位和峰電位分別正移了15 mV和25 mV,ORR電子轉移數(shù)為3.7。造成該結果的原因可能是在兩步熱解中,第一階段的熱解會使牛奶中的蛋白質徹底分解,其中的碳盡可能石墨化,從而更有利于N對碳材料的摻雜。最后,本文所制備的N/C系列催化劑在0.1 mol/L KOH溶液中的穩(wěn)定性和耐甲醇性都比Pt/C催化劑更優(yōu)異。
【關鍵詞】：氧還原反應 催化劑 氧化石墨 牛奶
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：O643.36;TM911.4
【目錄】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-7
• 1 緒論7-23
• 1.1 引言7-9
• 1.1.1 燃料電池的定義及分類7
• 1.1.2 燃料電池的工作原理7-8
• 1.1.3 燃料電池的發(fā)展瓶頸8-9
• 1.2 陰極氧還原反應催化劑的研究現(xiàn)狀9-17
• 1.2.1 貴金屬及其合金催化劑9-11
• 1.2.2 過渡金屬大環(huán)化合物類催化劑11-13
• 1.2.3 TM-N/C型催化劑13-16
• 1.2.4 N/C型催化劑16-17
• 1.3 N/C型氧還原反應催化劑的現(xiàn)狀17-21
• 1.3.1 N源種類及含量17-18
• 1.3.2 碳載體的類別18-19
• 1.3.3 熱處理方式19-20
• 1.3.4 金屬摻雜的影響20
• 1.3.5 活性位點的研究現(xiàn)狀20-21
• 1.4 論文的研究目的及意義21-22
• 1.5 論文的研究內(nèi)容22-23
• 2 實驗部分23-28
• 2.1 實驗試劑與儀器23-24
• 2.1.1 實驗試劑23
• 2.1.2 實驗儀器23-24
• 2.2 催化劑的制備24-25
• 2.3 催化電極的制備25-26
• 2.4 催化劑的活性測試與結構表征26-28
• 2.4.1 電化學測試26
• 2.4.2 X射線衍射26
• 2.4.3 掃描電子顯微鏡26-27
• 2.4.4 X射線光電子能譜27
• 2.4.5 差熱/熱重分析27-28
• 3 結果與討論28-50
• 3.1 N/C催化劑的條件優(yōu)化與活性28-33
• 3.1.1 氧化石墨做碳源的優(yōu)異性28-29
• 3.1.2 前驅體類別的影響29
• 3.1.3 N源含量的影響29-31
• 3.1.4 熱處理方式的影響31-33
• 3.1.5 N/C催化劑的催化活性33
• 3.2 金屬摻雜對N/C催化劑的活性影響33-36
• 3.2.1 金屬Co摻雜量的影響33-34
• 3.2.2 三種催化劑的活性對比34-36
• 3.3 兩步熱解對N/C催化劑的活性影響36-38
• 3.3.1 兩步熱解條件的探索36-37
• 3.3.2 催化劑N/C和N/C′的活性對比37-38
• 3.4 催化機理38-40
• 3.5 穩(wěn)定性和耐甲醇性40-42
• 3.5.1 穩(wěn)定性40-41
• 3.5.2 耐甲醇性41-42
• 3.6 催化劑在 0.1 mol/L KOH溶液中的活性對比與總結42-43
• 3.7 催化劑的形貌與結構表征43-50
• 3.7.1 物相組成43-44
• 3.7.2 顯微形貌44
• 3.7.3 電子能譜分析44-46
• 3.7.4 熱分析46-50
• 4 結論與展望50-51
• 4.1 結論50
• 4.2 展望50-51
• 致謝51-52
• 參考文獻52-62
• 附錄62
• A.作者在攻讀碩士學位期間所發(fā)表的文章目錄62

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本文編號：830521