當(dāng)今社會(huì),能源和環(huán)境問題日益突出,發(fā)展新型能源儲(chǔ)存與轉(zhuǎn)換裝置成為亟待解決的問題。電催化反應(yīng)作為實(shí)現(xiàn)這一目的的新型技術(shù)手段,越來(lái)越得到了人們的重視,如氧還原反應(yīng)（ORR）,析氧反應(yīng)（OER）,氮還原反應(yīng)（NRR）等。目前,這些基本反應(yīng)大都依賴貴金屬（Pt,Au,Pd等）作為催化劑,高成本和稀缺性限制了研究的進(jìn)一步發(fā)展,尋找豐富廉價(jià)的替代催化劑成為研究的熱點(diǎn)。酞菁分子具有明確的金屬-氮-碳（M-N-C）結(jié)構(gòu),同時(shí)大環(huán)中存在豐富的自由電子,有利于催化反應(yīng)的發(fā)生。其中的金屬中心易于更換,且以MN₄形式存在,是進(jìn)行電催化研究的理想模型。本文以金屬酞菁化合物為模型研究金屬-氮-碳原子級(jí)催化位點(diǎn)在氧氣還原和氮?dú)膺�原的作用機(jī)制。具體內(nèi)容如下:（1）缺陷碳錨定酞菁鐵分子協(xié)同提升ORR性能開發(fā)了一種非熱解策略,通過將結(jié)構(gòu)明確的MN₄有機(jī)大環(huán)分子（Fe Pc）與含有缺陷的碳納米片的N摻雜位點(diǎn)配位,來(lái)合成原子級(jí)分散的M-N-C催化劑Fe Pc@N,P-DC。該催化劑表現(xiàn)出增強(qiáng)的催化ORR活性,就半波電勢(shì)和耐久性而言,比N,P-DC甚至Pt/C催化劑更加優(yōu)良。DFT計(jì)... 

【文章來(lái)源】：鄭州大學(xué)河南省 211工程院校

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

基于電催化的未來(lái)能量轉(zhuǎn)換示意圖[40]

第一章緒論3圖1.2NRR反應(yīng)的不同路徑。[34]Figure1.2DifferentreactionpathwayofNRR.在整個(gè)NRR過程中，質(zhì)子和電子可以由水的電解提供，所以反應(yīng)的發(fā)生只需要清潔原料（水和空氣）電和電能。其反應(yīng)式如下：N2+6H++6e-→2NH3（1.4）N2+6H2O+6e-→2NH3+6OH-（1.5）1.3鋅空電池簡(jiǎn)介作為鋰離子電池后的新型產(chǎn)品，金屬-空氣電池極大的引起了人們的興趣。金屬-空氣電池通過合適的電解質(zhì)將金屬負(fù)極和空氣正極連接起來(lái)，它們具有傳統(tǒng)電池的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，同時(shí)具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，能量密度高、造價(jià)低、適用性廣，理論能量密度大約是鋰離子電池的2-10倍[3,12,39]。在不同類型的金屬空氣電池中，水性鋅空氣是一種相對(duì)成熟的技術(shù)，擁有對(duì)未來(lái)能源應(yīng)用的最大潛力。自十九世紀(jì)末以來(lái)其原電池一直為科學(xué)界所熟知，在19世紀(jì)30年代開始出現(xiàn)商業(yè)產(chǎn)品。鋅空氣電池的理論能量密度很高,約為1086Whkg-1，比當(dāng)前的鋰離子技術(shù)高約五倍[40]。它們可以以極低的制造成本進(jìn)行生產(chǎn)（估計(jì)為10美元kW-1h-1，大約比鋰離子電池低幾個(gè)數(shù)量級(jí)）。應(yīng)用方面，鋅空氣電池可提供任何一次電池系統(tǒng)中最高的能量密度。無(wú)論在技術(shù)上還是在生

第一章緒論4態(tài)上，鋅空電池都被認(rèn)為是取代電動(dòng)汽車鋰離子電池的最佳選擇。然而盡管起步較早，潛力很大，鋅空氣電池的發(fā)展仍然受到很多問題與阻礙，特別是空氣電極催化劑。至今，以高能量密度而低功率輸出而著稱的一次鋅-空氣電池最成功地實(shí)現(xiàn)了醫(yī)療和電信應(yīng)用。另外，發(fā)展可充電鋅空氣電池，解決鋅的不均勻溶解和沉積，制備令人滿意的雙功能空氣催化劑仍是巨大的挑戰(zhàn)[41-49]。1.3.1鋅空電池基本結(jié)構(gòu)及原理圖1.3鋅空電池結(jié)構(gòu)圖與反應(yīng)原理。[3]Figure1.3Schematicprincipleofoperationforzinc–airbatteries.圖1.2示意性地說明了鋅空氣電池的基本結(jié)構(gòu)。它由鋅負(fù)電極，隔膜和空氣正極電極通過電解液組裝在一起。電池放電時(shí)，鋅的氧化會(huì)產(chǎn)生可溶的鋅離子（即Zn（OH）42-）。這個(gè)該過程通常會(huì)持續(xù)進(jìn)行直到完全轉(zhuǎn)化為電解質(zhì)，之后鋅酸鹽離子分解成不溶物氧化鋅，如下式所示[1]:負(fù)極:Zn+4OH-→Zn(OH)42-+2e-Zn(OH)42-→ZnO+H2O+2OH-正極:O2+4e-+2H2O→4OH-總反應(yīng):2Zn+O2→2ZnO（1.6）與負(fù)極的氧化反應(yīng)同時(shí)進(jìn)行，鋅與水之間會(huì)發(fā)生不可避免的副反應(yīng)導(dǎo)致氫氣產(chǎn)生。這會(huì)導(dǎo)致鋅金屬逐漸自腐蝕，并降低活性材料的利用率。在正極，來(lái)自周圍大氣中的氧氣分子滲透到多孔氣體擴(kuò)散電極（GDE），并在電極表面的電催化


本文編號(hào)：3490508