共價(jià)三嗪框架負(fù)載過渡金屬氧化物在氧還原反應(yīng)中的應(yīng)用
發(fā)布時(shí)間：2021-02-24 11:36
氧還原反應(yīng)（Oxygen Reduction Reaction,ORR）是質(zhì)子交換膜燃料電池、金屬-空氣電池等能量轉(zhuǎn)換裝置中的重要電極反應(yīng)。開發(fā)高效、高穩(wěn)定性、價(jià)格低廉的非貴金屬ORR催化劑對這些清潔能源技術(shù)的商業(yè)化應(yīng)用至關(guān)重要。本文利用水熱法使Co3O4、Mn3O4納米顆粒原位生長在共價(jià)三嗪框架（Covalent Triazine Frameworks,CTFs）基底上,制備了一類新型非貴金屬ORR催化劑,并顯示出了協(xié)同催化效果。本文主要研究內(nèi)容及結(jié)果如下:（1）利用離子熱法在400700℃下合成了CTFs基底,并探究合成溫度對CTFs基底ORR活性的影響。電化學(xué)測試結(jié)果表明,合成溫度越高,CTFs基底的ORR活性越高。其中,700℃下合成的CTF700基底的催化效果最佳,其半波電位為0.79 V,極限擴(kuò)散電流密度為3.98 mA cm-2。隨后,將不同溫度下合成的CTFs基底與鈷鹽按照相同配比負(fù)載Co3O4納...
【文章來源】：天津大學(xué)天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：78 頁
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【部分圖文】：
金屬單質(zhì)的ORR火山圖
圖 1-2（a）碳材料中氮摻雜的三種方式；[75]（b）氮摻雜碳材料催化 ORR 過程示意圖[76]Fig. 1-2 (a) Nitrogen doping into carbon plane at different location.[75](b) Schematic pathway foroxygen reduction reaction on nitrogen-doped carbon materials.[76]究竟是哪種氮原子的 ORR 催化活性最高，這對于設(shè)計(jì)更高效的催化劑至關(guān)重要。但是人們對于究竟是吡啶型氮原子提供催化 ORR 的主要活性位點(diǎn)還是石墨型氮原子提供 ORR 催化活性位點(diǎn)仍有爭議。有研究表明，在邊緣摻雜的氮原子，即吡啶型氮原子具有很強(qiáng)的化學(xué)活性，它可以增強(qiáng)材料對于 O2分子的吸附性能，從而提高對 ORR 的催化活性。[77, 78]這是因?yàn)檫拎ば偷涌梢蕴峁?pπ電子和孤對電子，因此它本身就可以與氧原子結(jié)合，或者它也可以使與之相鄰的碳原子與氧原子結(jié)合來削弱 O–O 鍵。最近還有研究證明，與吡啶型氮原子相連的碳原子是催化 ORR 的活性位點(diǎn)并提出了可能的催化機(jī)理，其在酸性環(huán)境下的 ORR 過程表示在圖 1-2（b）中。[76]O2分子首先吸附到與吡啶型氮原子相鄰的碳原子上，結(jié)合一個(gè)質(zhì)子形成*OOH，隨后可以通過兩種方式進(jìn)行下一步催化反應(yīng)。一種是四電子轉(zhuǎn)移機(jī)理，即兩個(gè)質(zhì)子分別與兩個(gè)氧原子結(jié)合，使 O–OH 鍵斷裂，生成一個(gè) H2O 分子和*OH，隨后另一個(gè)質(zhì)
圖 2-1 CTF700 和 Co3O4/CTF700-1:1 的 XRD 譜圖Fig.2-1 XRD pattern of CTF700 and Co3O4/CTF700-1:1 sampleRD 譜圖，可以確定復(fù)合物中存在的物質(zhì)及其晶體結(jié)構(gòu) 的 XRD 譜圖在 2θ=21°和 44°的位置顯示出兩個(gè)寬峰，存在。[119]觀察復(fù)合物 Co3O4/CTF700-1:1 的 XRD 特F700 相同的兩個(gè)寬峰，在 2θ = 31.3°, 36.8°, 44.7°, 59Co3O4尖晶石的特征峰（JCPDSno.43-1003），分別對應(yīng)（1）和（400）晶面。[120]此外，以（311）晶面為基準(zhǔn)，負(fù)載后的 Co3O4納米顆粒的大小為 13.74 nm。 表征結(jié)果分析
本文編號(hào)：3049315
【文章來源】：天津大學(xué)天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：78 頁
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【部分圖文】：
金屬單質(zhì)的ORR火山圖
圖 1-2（a）碳材料中氮摻雜的三種方式；[75]（b）氮摻雜碳材料催化 ORR 過程示意圖[76]Fig. 1-2 (a) Nitrogen doping into carbon plane at different location.[75](b) Schematic pathway foroxygen reduction reaction on nitrogen-doped carbon materials.[76]究竟是哪種氮原子的 ORR 催化活性最高，這對于設(shè)計(jì)更高效的催化劑至關(guān)重要。但是人們對于究竟是吡啶型氮原子提供催化 ORR 的主要活性位點(diǎn)還是石墨型氮原子提供 ORR 催化活性位點(diǎn)仍有爭議。有研究表明，在邊緣摻雜的氮原子，即吡啶型氮原子具有很強(qiáng)的化學(xué)活性，它可以增強(qiáng)材料對于 O2分子的吸附性能，從而提高對 ORR 的催化活性。[77, 78]這是因?yàn)檫拎ば偷涌梢蕴峁?pπ電子和孤對電子，因此它本身就可以與氧原子結(jié)合，或者它也可以使與之相鄰的碳原子與氧原子結(jié)合來削弱 O–O 鍵。最近還有研究證明，與吡啶型氮原子相連的碳原子是催化 ORR 的活性位點(diǎn)并提出了可能的催化機(jī)理，其在酸性環(huán)境下的 ORR 過程表示在圖 1-2（b）中。[76]O2分子首先吸附到與吡啶型氮原子相鄰的碳原子上，結(jié)合一個(gè)質(zhì)子形成*OOH，隨后可以通過兩種方式進(jìn)行下一步催化反應(yīng)。一種是四電子轉(zhuǎn)移機(jī)理，即兩個(gè)質(zhì)子分別與兩個(gè)氧原子結(jié)合，使 O–OH 鍵斷裂，生成一個(gè) H2O 分子和*OH，隨后另一個(gè)質(zhì)
圖 2-1 CTF700 和 Co3O4/CTF700-1:1 的 XRD 譜圖Fig.2-1 XRD pattern of CTF700 and Co3O4/CTF700-1:1 sampleRD 譜圖，可以確定復(fù)合物中存在的物質(zhì)及其晶體結(jié)構(gòu) 的 XRD 譜圖在 2θ=21°和 44°的位置顯示出兩個(gè)寬峰，存在。[119]觀察復(fù)合物 Co3O4/CTF700-1:1 的 XRD 特F700 相同的兩個(gè)寬峰，在 2θ = 31.3°, 36.8°, 44.7°, 59Co3O4尖晶石的特征峰（JCPDSno.43-1003），分別對應(yīng)（1）和（400）晶面。[120]此外，以（311）晶面為基準(zhǔn)，負(fù)載后的 Co3O4納米顆粒的大小為 13.74 nm。 表征結(jié)果分析
本文編號(hào)：3049315
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