隨著不可再生能源的日益枯竭,經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展與能源危機(jī)之間的矛盾日益加劇,探尋可持續(xù)的高效能源成為未來(lái)社會(huì)發(fā)展的重要任務(wù)之一。金屬—空氣電池的負(fù)極為活潑金屬（鋰、鎂、鋁和鋅等）,正極為空氣（氧氣）,通過(guò)金屬被氧化、空氣（氧氣）被還原的電極反應(yīng),將化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能,具有環(huán)境友好、無(wú)毒、比能量密度高、輕便等優(yōu)點(diǎn),是一種極具應(yīng)用前景的高效能源。然而,金屬—空氣電池能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中,正極緩慢的氧還原反應(yīng)嚴(yán)重降低了電池轉(zhuǎn)換效率,阻礙了電池的發(fā)展。催化劑可加快氧還原反應(yīng)電極過(guò)程,提高電池轉(zhuǎn)換效率,對(duì)于金屬—空氣電池開(kāi)發(fā)應(yīng)用具有重要意義。鉑族金屬及其合金具有優(yōu)異的氧還原催化性能,但是其儲(chǔ)量有限,價(jià)格昂貴,無(wú)法滿足日益增加的市場(chǎng)需求。碳材料具有大比表面積,結(jié)構(gòu)易裁制、導(dǎo)電性好、穩(wěn)定性高,來(lái)源廣泛且價(jià)格低廉等優(yōu)勢(shì),在非貴金屬氧還原催化劑開(kāi)發(fā)應(yīng)用中占據(jù)重要的地位。本論文以石墨烯和有序介孔碳（CMK-3）兩種構(gòu)型的碳材料為基體,通過(guò)化學(xué)摻雜法和超聲輻射法分別制備N(xiāo),S摻雜型的碳基催化劑以及石墨烯負(fù)載合金納米粒子型催化劑。論文通過(guò)考察摻雜源、成分配比、溫度等因素對(duì)樣品氧還原催化性能的影響規(guī)律,探討影響樣品催化性能的... 

【文章來(lái)源】：蘇州大學(xué)江蘇省

【文章頁(yè)數(shù)】：112 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．２氧還原反應(yīng)機(jī)理【５Ｉ??Ｆｉｇ．?１．２?Ｏｘｙｇｅｎ?ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ?ｒｅａｃｔｉｏｎ?ｍｅｃｈａｎｉｓｍ??

為Ｃ??源和Ｎ源，制備Ｎ－ＯＭＣ催化劑，其中Ｎ－ＯＭＣ－８００?（８００為熱處理溫度）在０．１?ｍｏｌ／Ｌ??的ＫＯＨ溶液中的催化性能接近Ｐｔ／Ｃ，且具有更好的穩(wěn)定性和耐甲醇性，其吡啶Ｎ含??量較高。Ｌｏｎｇ等［５８］采用相同方法，吡咯為Ｎ源和Ｃ源，通過(guò)硬模板法制備出了??Ｎ－ＯＭＣ。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析表明，在９００?°Ｃ下熱分解得到的催化劑性能超過(guò)了?Ｐｔ／Ｃ催化??劑，Ｒ中間產(chǎn)物出０２量少，這主要是因?yàn)樵诟叩臒峤鉁囟扔欣趽诫sＮ形成吡啶氮，??同時(shí)石墨氮加速了電荷轉(zhuǎn)移。??圈。萬(wàn)??圖１．３碳材料摻氮元素的示意圖??Ｆｉｇ．?１．３?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｎｉｔｒｏｇｅｎ?ｄｏｐｉｎｇ?ｅｌｅｍｅｎｔｓ?ｉｎ?ｃａｒｂｏｎ?ｍａｔｅｒｉａｌｓ??為了進(jìn)一步提高Ｎ摻雜有序介孔Ｃ的性能，人們研宄了雙元素?fù)诫s介孔碳材料，??在Ｎ摻雜的基礎(chǔ)上，繼續(xù)引入其他雜原子，比如Ｓ等。也可往碳材料當(dāng)中同時(shí)引入??Ｎ原子和Ｓ原子等，使得碳材料具有更加優(yōu)良的催化性能。Ｓ原子的半徑比Ｃ原子大，??且其擁有一對(duì)孤對(duì)電子，易發(fā)生極化，有助于提高碳材料的催化性能［５９１。將Ｎ原子??與Ｓ原子同時(shí)摻入碳基體材料當(dāng)中，Ｓ與Ｎ原子的協(xié)同作用，可進(jìn)一步提升碳材料的??催化活性和穩(wěn)定性，摻雜的硫元素主要為表面型硫和邊緣型硫，其摻雜位示意圖如圖??１．４所示。２０１６年，冊(cè)３等＿以糖精作為Ｃ、Ｎ和Ｓ的前驅(qū)體，ＳＢＡ－１５作為硬模板??劑，ＦｅＣｌ３充當(dāng)催化劑的角色，制備出了氮硫共摻雜的有序介孔碳材料。在ＫＯＨ電解??液中，其催化性能與Ｐｔ／Ｃ催化劑接近，并且表現(xiàn)出較好的穩(wěn)定性和抗甲醇毒性。Ｙａｎｇ??等［６１】通過(guò)將含Ｎ和Ｓ的離子液體引入ＯＭＣ中

第一章?大比表面積Ｃ基電催化劑的設(shè)計(jì)與性能研究??ｆｔ＞＇？?？＞＞＊＆?〇■?０??圖１．４碳材料摻硫元素的示意圖??Ｆｉｇ．?１．４?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｃａｒｂｏｎ?ｍａｔｅｒｉａｌｓ?ｄｏｐｅｄ?ｗｉｔｈ?ｓｕｌｆｕｒ??１．３．５碳納米復(fù)合材料??將納米金屬或者金屬氧化物粒子負(fù)載在碳基載體上的催化劑稱為碳納米復(fù)合材??料，其催化性能與納米金屬粒子的形態(tài)和載體材料息息相關(guān)。由章節(jié)１．３．２可知，以??Ｃｕ、Ｍｎ、Ｃｏ和Ｆｅ等為主的過(guò)渡族金屬具有優(yōu)異的催化性能，其納米結(jié)構(gòu)具有較大??的比表面積，催化性能好等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛用作催化劑碳基納米材料具有大??的比表面積，豐富的納米孔，而且其表面容易被改性，是應(yīng)用最為廣泛的負(fù)載材料。??其常見(jiàn)的形式有以下幾種：石墨烯、有序介孔碳、碳納米管、碳量子點(diǎn)、富勒烯和石??墨化碳，單分散碳基材料等［６６＿６８］，不同形式的載體，制備出的復(fù)合材料的催化性能也??不相同。??訊！等＿采用石墨烯為載體，Ａｕ、Ｐｔ－Ａｕ和具有特殊空心結(jié)構(gòu)的Ｐｔ－Ｎｉ合金為金屬??納米粒子，制備得到了?Ａｕ／ＧＲ、Ａｕ－Ｐｔ／ＧＲ和空心Ｐｔ－Ｎｉ／ＧＲ復(fù)合催化劑。對(duì)比這三種??催化劑的催化性能。測(cè)試結(jié)果表明，與單一?Ａｕ和Ｐｔ－Ｃｕ催化劑相比，三種石墨烯負(fù)??載的金屬納米粒子都具有優(yōu)異的催化性能，并且具有空心結(jié)構(gòu)的Ｐｔ－Ｎｉ／ＧＲ復(fù)合催化??劑的催化性能最佳，進(jìn)一步研宄其機(jī)理可知，空心結(jié)構(gòu)的Ｐｔ－Ｎｉ／ＧＲ復(fù)合催化劑具有??較高的比表面積，增大了催化活性面積。??單分散碳基材料作為載體是是近些年研究熱門(mén)，單分散碳材料是一種介孔納米微??球結(jié)構(gòu)，具有較高比表面積、化學(xué)穩(wěn)定性、良好

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碩士論文
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本文編號(hào)：3109319