環(huán)境惡化和能源短缺問題日益突出,高效清潔的能量轉換技術的研發(fā)成為解決這些問題的關鍵。鋰空氣電池由于其理論比能量密度高而引起廣泛關注,然而其正極發(fā)生的OER/ORR反應極緩慢,降低了其實際能量密度。金屬有機骨架材料的比表面積大、孔道結構豐富,在電催化領域具有巨大的應用潛力。金屬Zn的沸點較低,在高溫處理過程中,Zn的揮發(fā)可以使材料產(chǎn)生豐富的孔道�；诖�,本文首先合成了含鋅MOFs材料,然后對其進行摻雜、碳化制備成一系列電催化劑,并研究了它們的OER/ORR催化性能。通過攪拌合成法制備了 MOF-5,然后進行高溫碳化、摻雜氮元素。所制備的催化劑顆粒分布均勻。在0.1 M的KOH電解液中,它們具有較好的ORR催化活性。其中,N/CMOF-5-500催化劑的ORR活性最佳,起始電壓值為-0.088 V,半波電勢值為-0.179 V,極限電流密度值為-5.510 mA·cm-2,Tafel斜率值為-44.2mV·dec-1,電子轉移數(shù)為3.91;但是它的OER活性較差。氮元素摻雜可顯著提高催化劑的ORR活性。通過攪拌合成法制備Co/ZIF-8,隨后進行高溫碳化。制備出的催化劑具有較高的缺陷度。在... 

【文章來源】：北京化工大學北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：96 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１－１四種鋰－空氣電池結構示意圖ｌ｜６）??Ｆｉｇ．１－１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｆｏｕｒ?ｋｉｎｄｓ?ｏｆ?ｌｉ?

ｅｌ＾ｌｒｏｌｙｔｅｆ．ｌｍ?ｃａｔａｌｙｓｔｓ?ｐｏｒｏｕｓ?ｃａｒｂｏｎ?ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ?ｃａｔａｌｙｓｔｓ?ｐｏｒｏｕｓ?ｃａｒｂｏｎ??圖１－１四種鋰－空氣電池結構示意圖ｌ｜６）??Ｆｉｇ．１－１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｆｏｕｒ?ｋｉｎｄｓ?ｏｆ?ｌｉｔｈｉｕｍ－ａｉｒ?ｂａｔｔｅｒｉｅｓ??１．２．１水系電解液體系鋰－空氣電池??水性電解液體系鋰－空氣電池的負極是金屬鋰，正極為來自空氣中的氧氣，電解液??為水溶液體系，且產(chǎn)物具有水溶性，不易堵塞孔洞［１７］。其反應機理為：??酸性電解質(zhì)［１８１：??總反應：４Ｌｉ＋０２＋４Ｈ＋—４Ｌｉ＋＋２Ｈ２０??式（１－１）??陰極反應：０２＋４Ｈ＋＋４ｅ－—２Ｈ２０?式（１－２）??堿性電解質(zhì)［１９］：??總反應：４Ｌｉ＋０２＋２Ｈ２〇－＞４ＬｉＯＨ４?式（１－３）??陰極反應：〇２＋２Ｈ２〇＋４ｅ－４４０Ｈ－?式（１－４）??放電反應中，氧氣經(jīng)過正極上的孔道，輸送至催化劑，與活性位接觸后，得到電??子，化合價降低，在堿液中生成氫氧根離子，氫氧根離子進一步與鋰離子結合，合成??具有水溶性的氫氧化鋰。??水性電解液體系－鋰空氣的電解液成本低，且安全性高，并且由于電池的開路電壓??２??

圖３－１?ＭＯＦ－５的結構圖??Ｆｉｇ．?３－１?Ｔｈｅ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ＭＯＦ－５??體中，二價鋅離子Ｚｎ２＋與〇２？離子形成Ｚｎ４０次級酸有機配體形成多孔三維結構。Ｍ０Ｆ－５的制備方

【參考文獻】：
期刊論文
[1]Co3O4/聚吡咯/石墨烯堿性溶液中電化學還原氧（英文）[J]. 任素貞,郭亞男,馬少博,毛慶,吳丹丹,楊瑩,景洪宇,宋雪旦,郝策.  催化學報. 2017(07)
[2]Ni2+復合MOF-5材料的制備工藝及其電化學性能研究[J]. 郭譽,劉詠.  粉末冶金工業(yè). 2017(02)
[3]ZIF-8基多孔碳的制備及吸附性能[J]. 王春宇,張晶,張青云,徐炳乾,杜艷.  化工進展. 2017(01)
[4]無機陶瓷固體電解質(zhì)基固態(tài)鋰空氣電池的研究進展及挑戰(zhàn)[J]. 孫繼楊,崔忠慧,郭向欣.  陶瓷學報. 2016(05)
[5]ZIF-8的合成、表征及正己烷吸附性能[J]. 劉克峰,任丹妮,孫輝,沈本賢,劉紀昌.  高等學�；瘜W學報. 2016(10)
[6]固態(tài)鋰空氣電池研究進展[J]. 張濤,張曉平,溫兆銀.  儲能科學與技術. 2016(05)
[7]正極材料與催化劑對鋰空氣電池性能的影響及相關研究進展[J]. 羅志虹,趙玉振,郭珺,羅鯤.  材料導報. 2015(07)
[8]基于有機電解液的鋰空氣電池研究進展[J]. 蔣頡,劉曉飛,趙世勇,何平,周豪慎.  化學學報. 2014(04)

博士論文
[1]鋰/空氣電池高性能陰極催化劑的制備及其研究[D]. 曾曉苑.華南理工大學 2015

碩士論文
[1]鋰空氣電池有機電解液的優(yōu)化及其性能研究[D]. 劉東.深圳大學 2015



本文編號：3277266