本文關(guān)鍵詞：生物源前體制備摻氮碳材料及其在電催化反應(yīng)中的應(yīng)用

  更多相關(guān)文章： 燃料電池 電催化劑 摻氮 生物源碳材料

【摘要】：催化劑是燃料電池的最重要組成部分。然而,燃料電池不能實(shí)現(xiàn)商業(yè)化,其主要原因是使用鉑催化劑所引起的成本高昂、穩(wěn)定性不佳的問(wèn)題。因此,研究成本低、活性高的催化劑是實(shí)現(xiàn)燃料電池商業(yè)化的必然選擇。目前,燃料電池催化劑的研究主要集中在發(fā)展新型催化劑以降低或者替代鉑基催化劑。其中,摻氮碳材料是近幾年來(lái)研究的熱點(diǎn)。而采用來(lái)源豐富、可再生的生物源材料制備摻氮碳材料方面的研究相對(duì)較少。本論文主要用生物源前驅(qū)體對(duì)碳材料進(jìn)行改性或直接制備含氮碳材料,將其用作催化劑載體或非貴金屬催化劑,并應(yīng)用于醇類催化氧化或氧還原反應(yīng)中。采用拉曼(Raman)、X射線粉衍射(XRD)、透射電鏡(TEM)、X光電子能普(XPS)等技術(shù)對(duì)制備的材料進(jìn)行了結(jié)構(gòu)表征。采用循環(huán)伏安(CV)、線性掃描(LSV)、計(jì)時(shí)電流(CA)等電化學(xué)方法對(duì)催化劑催化醇類氧化和氧還原反應(yīng)的活性進(jìn)行了評(píng)估。具體包括三個(gè)部分:第一部分碳化鄰菲羅啉修飾碳載體負(fù)載Pd_3Ni納米粒子作為高性能催化劑催化甲醇氧化為使摻氮碳載體材料與合金的優(yōu)勢(shì)結(jié)合在一起,通過(guò)直接碳化鄰菲羅啉和碳粉混合物,得到摻氮碳材料(PMC),并用其負(fù)載Pd_3Ni納米粒子。制備得到的Pd_3Ni/PMC催化劑應(yīng)用于催化甲醇氧化反應(yīng)(MOR)。采用XRD、TEM、XPS測(cè)試手段對(duì)Pd_3Ni/PMC進(jìn)行了結(jié)構(gòu)表征。由于氮修飾的碳載體以及與Pd形成合金的Ni的作用,電化學(xué)測(cè)試表明,與Pd/C和Pd/PMC相比較,Pd_3Ni/PMC在催化甲醇氧化時(shí)表現(xiàn)出優(yōu)異的催化活性和穩(wěn)定性。研究動(dòng)力學(xué)發(fā)現(xiàn),Pd_3Ni/PMC催化反應(yīng)的活化能僅僅是Pd/C的一半。第二部分核黃素制備摻氮碳載體負(fù)載鈀應(yīng)用于乙二醇氧化反應(yīng)以生物源材料核黃素作氮源,將核黃素用硫酸初步碳化,然后通過(guò)加熱碳化得到摻氮碳材料負(fù)載Pd納米粒子(Pd/R-C)。結(jié)構(gòu)表征表明,由于載體中氮原子的引入,有效地改善了Pd納米粒子的粒徑和分散性。Pd/R-C用于催化堿性介質(zhì)中的乙二醇氧化(EGOR)發(fā)現(xiàn),該催化劑具有優(yōu)異的活性和穩(wěn)定性。進(jìn)一步對(duì)Pd/R-C催化劑在不同溫度,不同掃速以及不同的電解質(zhì)中對(duì)EGOR反應(yīng)的影響及相關(guān)催化反應(yīng)機(jī)理也進(jìn)行了討論。第三部分殼聚糖制備摻氮碳基催化劑及其在氧還原反應(yīng)中的應(yīng)用以價(jià)廉易得的生物源物質(zhì)殼聚糖作氮源,酚醛樹(shù)脂作碳源。碳化兩者的混合物,通過(guò)酸處理后得到一系列不同碳氮比例的碳基催化劑CN(m:n)并直接應(yīng)用于催化堿性介質(zhì)中的氧還原反應(yīng)(ORR)。ORR性能測(cè)試表明,催化劑CN(2:7)表現(xiàn)出最好的催化活性。與商業(yè)Pt/C相比,CN(2:7)擁有較好的穩(wěn)定性以及較強(qiáng)的抗甲醇中毒能力。對(duì)應(yīng)的,采用Raman、XRD、氮?dú)馕摳?BET)、掃描電鏡(SEM)、XPS等測(cè)試手段對(duì)CN(2:7)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)表征。這說(shuō)明以殼聚糖為氮源制備的CN(2:7)有望取代鉑基催化劑,成為應(yīng)用于燃料電池中的新型ORR催化劑。
【關(guān)鍵詞】：燃料電池 電催化劑 摻氮 生物源碳材料
【學(xué)位授予單位】：西北師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ426;TM911.4
【目錄】：

• 中文摘要8-10
• ABSTRACT10-12
• 第一章 文獻(xiàn)綜述12-38
• 1.1 引言12-13
• 1.2 摻氮碳材料概述13-17
• 1.2.1 常用的摻氮方法13-16
• 1.2.2 摻氮的存在形態(tài)16-17
• 1.3 常見(jiàn)的摻氮碳材料17-24
• 1.3.1 摻氮碳粉17-18
• 1.3.2 摻氮碳納米管18-19
• 1.3.3 摻氮石墨烯19-21
• 1.3.4 摻氮介孔碳21-22
• 1.3.5 摻氮?dú)饽z碳材料22-24
• 1.4 生物源摻氮碳材料24-26
• 1.5 本論文的研究背景及研究?jī)?nèi)容26-29
• 參考文獻(xiàn)29-38
• 第二章 碳化鄰菲羅啉修飾碳載體負(fù)載Pd_3Ni納米粒子作為高性能催化劑催化甲醇氧化38-54
• 2.1 引言38
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分38-41
• 2.2.1 試劑與原料38-39
• 2.2.2 實(shí)驗(yàn)相關(guān)儀器39-40
• 2.2.3 催化劑的制備40-41
• 2.2.4 測(cè)量方法41
• 2.3 結(jié)果與討論41-49
• 2.3.1 Pd_3Ni/PMC催化劑的制備41-42
• 2.3.2 物理表征42-45
• 2.3.3 電化學(xué)性能測(cè)試45-49
• 2.4 結(jié)論49-50
• 參考文獻(xiàn)50-54
• 第三章 核黃素制備摻氮碳載體負(fù)載鈀應(yīng)用于乙二醇氧化反應(yīng)54-68
• 3.1 引言54
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分54-56
• 3.2.1 試劑與原料54-55
• 3.2.2 實(shí)驗(yàn)相關(guān)儀器55
• 3.2.3 催化劑的制備55
• 3.2.4 測(cè)量方法55-56
• 3.3 結(jié)果與討論56-62
• 3.3.1 物理表征56-58
• 3.3.2 電化學(xué)測(cè)試58-62
• 3.4 結(jié)論62-63
• 參考文獻(xiàn)63-68
• 第四章 殼聚糖制備氮摻雜碳基催化劑及其在氧還原催化中的應(yīng)用68-82
• 4.1 引言68-69
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分69-71
• 4.2.1 試劑與原料69
• 4.2.2 實(shí)驗(yàn)相關(guān)儀器69-70
• 4.2.3 催化劑的制備70
• 4.2.4 測(cè)量方法70-71
• 4.3 結(jié)果與討論71-78
• 4.3.1 電化學(xué)測(cè)試71-74
• 4.3.2 物理表征74-78
• 4.4 結(jié)論78-79
• 參考文獻(xiàn)79-82
• 發(fā)表論文及申請(qǐng)專利82-84
• 致謝84

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 大谷杉郎;李安邦;;碳材料工業(yè)的將來(lái)狀況[J];新型碳材料;1985年02期

2 王文明;臧建鳴;;以蜂窩技術(shù)構(gòu)筑綠色低碳材料的未來(lái)(二)[J];中國(guó)包裝工業(yè);2010年08期

3 何新鋒;含碳材料中碳化硅的測(cè)定[J];理化檢驗(yàn)(化學(xué)分冊(cè));2000年03期

4 譚強(qiáng);;德科學(xué)家發(fā)現(xiàn)一種硬度接近金鋼石的不含碳材料[J];功能材料信息;2007年02期

5 劉蕾;袁忠勇;;介孔碳材料的研究進(jìn)展[J];中國(guó)科技論文在線;2011年03期

6 陳紅香;馮海波;孟憲虎;;不同碳材料對(duì)揮發(fā)性有機(jī)氣體的吸附性能研究[J];艦船防化;2011年03期

7 程立強(qiáng);劉應(yīng)亮;張靜嫻;袁定勝;徐常威;孫廣輝;;球形碳材料的研究進(jìn)展[J];化學(xué)進(jìn)展;2006年10期

8 蘇沙沙;顧金樓;李永生;施劍林;;介孔碳材料的制備及對(duì)膽紅素的優(yōu)越吸附特性[J];化工新型材料;2011年06期

9 米遠(yuǎn)祝;但悠夢(mèng);胡衛(wèi)兵;;溶劑熱還原法制備蛋殼狀碳材料[J];無(wú)機(jī)化學(xué)學(xué)報(bào);2007年10期

10 劉振宇;碳材料的強(qiáng)度演變規(guī)律[J];新型碳材料;1994年01期

中國(guó)重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前8條

1 趙云輝;劉明賢;劉超;甘禮華;朱大章;徐子頡;陳龍武;;納米結(jié)構(gòu)有序微孔碳材料的制備及其電化學(xué)性能研究[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第十四屆膠體與界面化學(xué)會(huì)議論文摘要集-第4分會(huì)：膠體分散與多組分體系[C];2013年

2 侯珂珂;張安峰;代成義;劉民;郭新聞;;鋯助劑-水熱法合成多級(jí)孔結(jié)構(gòu)介孔碳材料[A];第十七屆全國(guó)分子篩學(xué)術(shù)大會(huì)會(huì)議論文集[C];2013年

3 李敏;鄧慶芳;張凌峰;劉蕾;林秀珍;袁忠勇;;介孔氮化碳材料的制備及其CO_2吸附和電化學(xué)性能[A];第十七屆全國(guó)分子篩學(xué)術(shù)大會(huì)會(huì)議論文集[C];2013年

4 眭劍;馬文林;任書芳;;氮化碳材料的研究進(jìn)展[A];甘肅省化學(xué)會(huì)第二十五屆年會(huì)、第七屆甘肅省中學(xué)化學(xué)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)交流會(huì)論文集[C];2007年

5 趙麗;;基于生物質(zhì)衍生物的氮摻雜的碳材料制備及性能研究[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第28屆學(xué)術(shù)年會(huì)第1分會(huì)場(chǎng)摘要集[C];2012年

6 吳樹(shù)昌;溫國(guó)棟;鐘炳偉;谷獻(xiàn)模;王�；�;蘇黨生;;碳材料表面含氧官能團(tuán)在液相硝基苯還原反應(yīng)中的作用[A];第十四屆全國(guó)青年催化學(xué)術(shù)會(huì)議會(huì)議論文集[C];2013年

7 李啟漢;黎海超;陳水挾;;一種高比表面酚醛基多孔碳材料的制備[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2分冊(cè)）[C];2010年

8 歐陽(yáng)潔瑜;于曉慧;陳水抉;;以氧化鎂為活化劑制備高中孔率碳材料[A];2006年全國(guó)功能材料學(xué)術(shù)年會(huì)專輯[C];2006年

中國(guó)重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前5條

1 荷力勝蜂窩材料集團(tuán) 王文明 臧建鳴;以蜂窩技術(shù)構(gòu)筑綠色低碳材料的未來(lái)[N];中國(guó)包裝報(bào);2014年

2 李迪克　張小安;703所 航天碳材料產(chǎn)業(yè)項(xiàng)目投產(chǎn)[N];中國(guó)航天報(bào);2011年

3 孟憲軍　記者 王春;高碳材料帶來(lái)低碳生活[N];科技日?qǐng)?bào);2011年

4 蔡金剛;2018年美國(guó)結(jié)構(gòu)碳材料市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)31億美元[N];中國(guó)建材報(bào);2013年

5 黃慧琴 周波;用CD光盤作煉鐵碳材料的試驗(yàn)研究[N];世界金屬導(dǎo)報(bào);2014年

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前3條

1 劉瑞林;生物質(zhì)基多孔碳材料的制備及在吸附、分離與催化中的應(yīng)用研究[D];陜西師范大學(xué);2015年

2 李冀輝;以鱗片石墨為原料的多功能碳材料的制備與應(yīng)用研究[D];河北大學(xué);2009年

3 羅濤;微尺度碳材料的制備和結(jié)構(gòu)、性能表征[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2006年

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

1 袁金蘋;傒酸酐及氟代氨基芐腈改性氮化碳材料的制備及其光解水制氫[D];鄭州大學(xué);2015年

2 王首培;微/納米結(jié)構(gòu)N摻雜聚合物及相關(guān)碳材料：控制合成、功能化、應(yīng)用[D];鄭州大學(xué);2015年

3 劉磊;微介孔復(fù)合碳材料的制備及電容器性能研究[D];太原理工大學(xué);2016年

4 張長(zhǎng)存;生物質(zhì)碳材料的制備及其性能研究[D];山東建筑大學(xué);2016年

5 劉欣;碳材料表面化學(xué)結(jié)構(gòu)對(duì)SO_2吸附及氧化影響的量子化學(xué)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2016年

6 戴光輝;以金屬有機(jī)骨架化合物為前驅(qū)體煅燒制備規(guī)則孔徑分布的介孔碳材料[D];吉林大學(xué);2016年

7 張雪梅;基于N-摻雜碳材料的氧還原催化劑的制備及其電化學(xué)性能的研究[D];安徽師范大學(xué);2016年

8 劉彥琴;生物源前體制備摻氮碳材料及其在電催化反應(yīng)中的應(yīng)用[D];西北師范大學(xué);2016年

9 陳剛;幾種介孔碳材料的制備[D];長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué);2013年

10 王巖巖;多級(jí)孔碳材料的制備與表征[D];河北科技大學(xué);2014年

，

本文編號(hào)：875407