本文關(guān)鍵詞：氮摻雜石墨化碳氧還原催化劑的研究

  更多相關(guān)文章： 質(zhì)子交換膜燃料電池 席夫堿 四氧化三鈷 石墨烯 二氧化錳 聚苯胺

【摘要】：質(zhì)子交換膜燃料電池具有能量轉(zhuǎn)換效率高、環(huán)境友好、室溫快速啟動(dòng)等優(yōu)點(diǎn),被認(rèn)為是未來(lái)電動(dòng)汽車(chē)及其它民用場(chǎng)合最有希望的化學(xué)電源。目前,主要的燃料電池陰極催化劑是鉑類(lèi)催化劑,但其成本高昂、資源匱乏和易中毒等缺點(diǎn)嚴(yán)重制約了燃料電池的商業(yè)化。故而,低Pt和非Pt催化劑已經(jīng)成為人們的研究重點(diǎn)。然而為了長(zhǎng)遠(yuǎn)利益,唯有開(kāi)發(fā)能夠完全替代Pt的、成本低廉、資源豐富且性能好的催化劑才是根本的出路。因此,本文從非Pt催化劑的方向出發(fā),設(shè)計(jì)了兩種氮摻雜碳類(lèi)催化劑。首先,本文針對(duì)現(xiàn)有石墨烯類(lèi)催化劑易堆疊、石墨烯層層間電導(dǎo)性差所導(dǎo)致的催化劑活性較低的缺點(diǎn),提供了一種氮摻雜石墨烯負(fù)載Co_3O_4催化劑(RGO-Schiff-Co_3O_4)的制備方法。即通過(guò)有機(jī)胺還原氧化石墨烯將胺基官能團(tuán)嫁接在石墨烯片缺陷位,再利用胺醛縮合將胺基轉(zhuǎn)化為席夫堿官能團(tuán),同時(shí)在回流冷凝條件下錨定非貴金屬氧化物,形成三維立體結(jié)構(gòu)的氮摻雜石墨烯負(fù)載Co_3O_4催化劑。一方面,巧妙利用金屬席夫堿可以在氮摻雜石墨烯層與層之間形成紐帶,構(gòu)成起三維交聯(lián)的氮摻雜石墨烯催化劑立體結(jié)構(gòu),極大的減少了氮摻雜石墨烯的堆疊,有效地提高了氮摻雜石墨烯層間的電子傳導(dǎo)能力和層內(nèi)催化傳質(zhì)速率;另一方面,由于催化劑三維空間中具有大量金屬席夫堿和金屬氧化物催化活性位點(diǎn),這兩種催化活性位協(xié)同催化,大幅度提高催化活性。其次,為了獲得具有優(yōu)良電催化性能的氮摻雜碳納米管,我們采用管狀MnO_2作為模板,且在其表面通過(guò)原位氧化聚合苯胺構(gòu)建管狀聚合物前驅(qū);為了進(jìn)一步提高石墨化程度,然后采用SiO_2凝膠空間限域熱解和在900℃二次高溫碳化的方法,探索合成納米管狀的氮摻雜碳材料氧還原催化劑(CN-SiO_2-HT2)。本文采用掃描電子顯微鏡(SEM)、X射線衍射譜(XRD)以及電化學(xué)方法探求CN-SiO_2-HT2催化劑的納米結(jié)構(gòu)與電化學(xué)活性。在該實(shí)驗(yàn)中MnO_2不僅充當(dāng)著模板,而且作為氧化劑氧化聚合苯胺的同時(shí)自身還原成Mn2+,無(wú)需再刻蝕MnO_2模板。此外,利用SiO_2的空間限域作用可以有效防止聚苯胺在高溫碳化時(shí)的坍塌與團(tuán)聚,提高催化劑產(chǎn)量,減少含氮活性位點(diǎn)的損失,最終提高催化劑的ORR活性。
【關(guān)鍵詞】：質(zhì)子交換膜燃料電池 席夫堿 四氧化三鈷 石墨烯 二氧化錳 聚苯胺
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：O643.36
【目錄】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-9
• 1 緒論9-23
• 1.1 燃料電池（FC）10-12
• 1.1.1 燃料電池工作原理10
• 1.1.2 燃料電池的優(yōu)點(diǎn)10-11
• 1.1.3 燃料電池的分類(lèi)11-12
• 1.2 質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）12-16
• 1.2.1 質(zhì)子交換膜燃料電池的發(fā)展歷程12
• 1.2.2 質(zhì)子交換膜燃料電池工作原理及組成12-14
• 1.2.3 質(zhì)子交換膜燃料電池的優(yōu)點(diǎn)14-15
• 1.2.4 質(zhì)子交換膜燃料電池應(yīng)用前景15-16
• 1.3 質(zhì)子交換膜燃料電池之Pt基催化劑面臨的主要問(wèn)題16-18
• 1.3.1 Pt基催化劑活性問(wèn)題16-17
• 1.3.2 Pt基催化劑成本問(wèn)題17-18
• 1.4 質(zhì)子交換膜燃料電池之非Pt氧還原催化劑研究現(xiàn)狀18-21
• 1.4.1 非貴金屬催化劑的研究現(xiàn)狀18-19
• 1.4.2 非金屬催化劑的研究現(xiàn)狀19-21
• 1.5 本論文的研究?jī)?nèi)容21-23
• 2 實(shí)驗(yàn)部分23-27
• 2.1 實(shí)驗(yàn)試劑與材料23
• 2.2 實(shí)驗(yàn)儀器23-24
• 2.3 催化劑的表征24-27
• 2.3.1 電催化性能表征24-25
• 2.3.2 物化性能表征25-27
• 3 席夫堿橋連石墨烯負(fù)載四氧化三鈷催化劑的制備及表征27-43
• 3.1 引言27-28
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分28-30
• 3.2.1 席夫堿橋連石墨烯負(fù)載四氧化三鈷催化劑(RGO-Schiff-Co_3O_4)的制備28-29
• 3.2.2 氮摻雜石墨烯負(fù)載四氧化三鈷催化劑（RGO-Co_3O_4）的制備29
• 3.2.3 席夫堿橋連石墨烯催化劑（RGO-Schiff）的制備29
• 3.2.4 電化學(xué)性能測(cè)試29-30
• 3.2.5 物理性能表征30
• 3.3 結(jié)果與討論30-42
• 3.3.1 紅外吸收光譜（IR）30-32
• 3.3.2 X射線衍射表征（XRD）32-33
• 3.3.3 催化劑的形貌表征（TEM）33-34
• 3.3.4 催化劑的形貌表征（SEM）34-35
• 3.3.5 Mapping分析35
• 3.3.6 能量色散X射線光譜（EDX或EDS）35-36
• 3.3.7 XPS分析36-37
• 3.3.8 循環(huán)伏安測(cè)試（CV）縱向?qū)Ρ?/span>37-38
• 3.3.9 循環(huán)伏安測(cè)試（CV）橫向?qū)Ρ?/span>38-40
• 3.3.10 電化學(xué)阻抗譜（EIS）40-41
• 3.3.11 電子轉(zhuǎn)移數(shù)41
• 3.3.12 穩(wěn)定性測(cè)試（ADT）41-42
• 3.4 本章小結(jié)42-43
• 4 空間限域制備氮摻雜石墨化碳納米管催化劑的制備劑表征43-55
• 4.1 引言43-44
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分44-46
• 4.2.1 空間限域制備氮摻雜石墨化碳納米管催化劑（CN-SiO_2-HT2）的制備44-45
• 4.2.2 氮摻雜石墨化碳納米管催化劑（CN-HT1）的制備45
• 4.2.3 電化學(xué)性能評(píng)價(jià)45-46
• 4.2.4 物理性能表征46
• 4.3 結(jié)果與討論46-54
• 4.3.1 X射線衍射表征（XRD）46-47
• 4.3.2 Ramam光譜分析47-48
• 4.3.3 比表面積與孔徑結(jié)構(gòu)分析48-49
• 4.3.4 催化劑的形貌表征（SEM）49-50
• 4.3.5 能量色散X射線光譜（EDX或EDS）50-51
• 4.3.6 電催化性能分析51-52
• 4.3.7 電子轉(zhuǎn)移數(shù)52-53
• 4.3.8 穩(wěn)定性測(cè)試（ADT）53-54
• 4.4 本章小結(jié)54-55
• 5 結(jié)論55-57
• 致謝57-58
• 參考文獻(xiàn)58-65
• 附錄65
• 作者在攻讀學(xué)位期間發(fā)表的論文65

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前9條

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本文編號(hào)：1045868